[分享]如何判断结构属于扭转效应明显?

发表于2021-06-04     26人浏览     1人跟帖     总热度:250  

引言

在进行结构设计时,需要控制结构各楼层的水平剪力,当不满足要求时,需按规范的要求进行剪重比的调整。而在楼层剪重比调整时,需要判断结构是否属于扭转效应明显,从而确定楼层最小地震剪力系数。在设计中如何判断结构是否属于扭转效应明显,进而确定出楼层最小地震剪力系数,进行剪重比的正确调整呢?
本文从抗规及高规对剪重比的调整要求、对扭转效应是否明显的判断要求出发,结合软件和工程案例,介绍如何根据PKPM软件计算结果,合理的判断结构是否属于扭转效应明显。
01
规范的要求
1.1抗规要求
    抗规5.2.5条对结构楼层最小剪重比的调整要求,如图1所示。
如何判断结构属于扭转效应明显?_1
图1 抗规对楼层剪重比的调整要求
通过抗规5.2.5条的要求可知,结构扭转效应明显与否对楼层最小地震剪力系数的影响很大。如何在设计中判断出该结构是否属于扭转效应明显呢?

在抗规5.2.5条的条文说明中,规范对于扭转效应明显的判断给出了如图2所示的判断条件,根据前三个振型,两个水平方向的振型参与系数为同一量级,即判断为结构存在明显的扭转效应。
如何判断结构属于扭转效应明显?_2
图2 抗规对结构扭转效应明显的判断

1.2 高规要求
    高规4.3.12条对结构楼层最小剪重比的调整要求,如图3所示。
如何判断结构属于扭转效应明显?_3
图3 高规对楼层剪重比的调整要求
高规对结构扭转效应明显与否的剪重比要求和抗规要求是一致的。但是对于结构是否属于扭转效应明显的判断条件是不同的。高规条文说明中强调扭转效应明显的结构是通过楼层位移比或层间位移比大于1.2来判断,如图4所示。
如何判断结构属于扭转效应明显?_4
图4 高规对扭转效应明显的判断
从上述两本规范的对比可知,对于楼层最小剪重比调整时,很关键的一点是要判断该结构是否属于扭转效应明显。按高规判断相对比较简单,只要查看楼层位移比或者层间位移比即可确定是否属于扭转效应明显。按照抗规的判断就需要按照查看考虑扭转耦联的振型分解反应谱法的分析结果,相对来说比较繁琐。

02
按高规方法判断结构扭转效应明显与否
按高规判断结构扭转效应明显与否相容易,只需在计算结束后,查看SATWE软件输出的楼层位移比或者层间位移比,该数值大于1.2,即可确定属于扭转效应明显。反之,结构不属于扭转效应明显。如果有其中一层的位移比或者扭转位移比大于1.2,该结构属于扭转效应明显,如果要进行剪重比调整,就需要全楼均按照规范中的扭转效应明显的结构对应的最小剪重比进行调整。如图5所示是某结构计算输出的位移比及层间位移比的结果。
如何判断结构属于扭转效应明显?_5
图5 SATWE输出的楼层位移比和层间位移比结果

03
按抗规方法判断结构扭转效应明显与否
按抗规的方法判断结构是否属于扭转效应明显需要对结构进行考虑扭转耦联的振型分解反应谱法分析,根据分析后的结果去判断。一般选取前三个振型,每个振型两个水平方向的振型参与系数为同一量级,即判断为属于扭转效应明显的结构。如图6所示为某结构输出的考虑了扭转耦联分析各方向地震作用时的振型参与系数的结果。
如何判断结构属于扭转效应明显?_6
图6 考虑扭转耦联个方向地震作用时的振型参与系数
按上图6的输出结果,该结构的前三个振型,两个水平方向的振型参数系数基本是同一数量级,即判断为该结构存在明显的扭转效应。

04
工程案例剖析
如图7所示为某框架结构的三维模型图,地下2层,地上3层,总高度18.5m。该结构采用SATWE软件计算完毕之后,查看其各项计算结果。
如何判断结构属于扭转效应明显?_7
图7 某框架结构三维模型图
在刚性楼板假定下,查看该结构考虑偶然偏心的楼层位移比,发现X方向规定水平力及X方向正负5%偶然偏心规定水平力下的楼层位移比均小于1.2,如图8所示;但是Y方向规定水平力及Y方向正负5%偶然偏心规定水平力下的楼层位移比有的楼层大于1.2,如图9所示。如果按高规要求的方式判断该结构应该属于扭转效应明显的结构。
如何判断结构属于扭转效应明显?_8
图8 X方向正偏心5%规定水平力下的楼层位移比
如何判断结构属于扭转效应明显?_9
图9 Y方向负偏心5%规定水平力下的楼层位移比
该结构的地震作用计算按考虑扭转耦联的振型分解反应谱法分析,计算后查看PKPM软件SATWE输出的地震作用振型参与系数的结果,如图10所示。
如何判断结构属于扭转效应明显?_10
图10 该框架结构考虑扭转耦联各方向地震作用时的振型参与系数
根据该框架结构的前三个振型输出的两个水平方向的振型参与系数可知,每个振型两个水平方向的振型参与系数均差一个数量级,不为同一个数量级,按抗规的要求判断,即判断该结构为不存在明显扭转效应的结构。
对上述图7的框架结构,按抗规和高规的要求判断是否属于扭转效应明显的结构,会导致不同的结果。如果判断该结构的剪重比是否做调整时,由于不同的判断条件,会导致完全不同的结果,造成设计疑惑。

05
设计建议
对同一个结构,按照高规的楼层位移比判断结构是否属于扭转效应明显时,不仅要考虑X、Y两个方向的位移比,同时还要考虑每一层的位移比或层间位移比是否大于1.2,这就导致很多情况下判断条件过于严格,甚至不合理。比如,某结构有突出屋面的局部楼层,可能由于这个顶层位移比超限了,按高规判断条件,该结构就属于扭转效应明显,剪重比的要求及调整按扭转效应明显进行控制,这明显不合理。
结构的地震作用分析一般采用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法,按抗规的要求进行结构是否属于扭转效应明显的判断。一般可取计算结果中的前三个振型,判断每个振型下两个水平方向的振型参与系数是否为同一量级;如果是同一数量级,就判断该结构属于扭转效应明显。反之,就不属于扭转效应明显。抗震规范判断结构是否属于扭转效应明显的方式相比高规较为合理。
设计中要确定结构的剪重比调整,可根据SATWE软件输出的地震作用振型参与系数的结果,可判断结构前三个振型,如果两个水平方向的振型参与系数为同一量级,则该结构属于扭转效应明显,在进行剪重比调整时就需要按图11所示的方式,选择“扭转效应明显”,软件会自动按照规范的要求确定最小剪重比,并进行剪重比的控制及调整。
如何判断结构属于扭转效应明显?_11
图11 剪重比调整选择“扭转效应明显”

来源: PKPM构力科技
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长虹虹老师

  | 结构设计

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