考虑质量偶然偏心的依据和方法
国外多数抗震设计规范认为, 需要考虑由于施工、使用等因素所引起的质量偶然偏心或地震地面运动的扭转分量的不利影响。现行国家标准《抗震规范》中, 对平面规则的结构, 采用增大边榀结构地震作用效应的简化方法考虑偶然偏心的影响。对于高层建筑而言, 规定直接取垂直于地震作用方向的建筑物每层投影长度的5 %作为该层质量偶然偏心来计算单向水平地震作用, 是和国外有关标准的规定一致的。实际计算时, 可将每层质心沿参考坐标系的同一方向(正向或负向) 偏移, 分别计算地震作用和作用效应; 也可近似按照原始质量分布情况计算地震作用, 再按规定的质量偶然偏心位置分别施加计算的地震作用, 分别计算结构的地震作用效应。对于连体结构、多塔楼结构, 相对分离的塔块可按其自身的边长确定相应楼层的质量偶然偏心值。
质量偶然偏心和双向地震作用是否同时考虑
质量偶然偏心和双向地震作用都是客观存在的事实, 是两个完全不同的概念。在地震作用计算时, 无论考虑单向地震作用还是双向地震作用, 都有结构质量偶然偏心的问题; 反之, 不论是否考虑质量偶然偏心的影响, 地震作用的多维性本来都应考虑。显然, 同时考虑二者的影响计算地震作用原则上是合理的。但是, 鉴于目前考虑二者影响的计算方法并不能完全反映实际地震作用情况, 而是近似的计算方法, 因此, 二者何时分别考虑以及是否同时考虑, 取决于现行规范的要求.按照《高规》的规定, 单向地震作用计算时, 应考虑质量偶然偏心的影响; 质量与刚度分布明显不均匀、不对称的结构, 应考虑双向地震作用计算。因此, 质量偶然偏心和双向地震作用的影响可不同时考虑。如此规定, 主要是考虑目前计算方法的近似性以及经济方面的因素。至于考虑质量偶然偏心和考虑双向地震作用计算的地震作用效应谁更为不利, 会随着具体工程而不同, 或同一工程的不同部位(不同构件) 而不同, 不能一概而论。因此, 考虑二者的不利情况进行结构设计, 显然是可取的。
楼层扭转位移控制时为何要考虑质量偶然偏心的影响
《高规》第4.3.5 条, 分别规定了楼层最大位移(层间位移) 与平均位移(层间位移) 之比值的下限1.2 和上限1.5 (或1.4) , 并规定地震作用位移计算应考虑质量偶然偏心的影响。考虑质量偶然偏心的要求, 除规则结构外, 比现行国家标准《抗震规范》的规定严格, 是高层建筑结构设计的需要, 也与国外有关标准的规定一致。
当计算双向地震作用时, 楼层扭转位移控制可否不考虑质量偶然偏心的影响
《高规》第31313 条条文说明“当计算双向地震作用时, 可不考虑质量偶然偏心的影响”, 主要表示地震作用计算时, 质量偶然偏心和双向地震作用可不同时考虑, 并不表示判断楼层扭转位移鄙限值时, 不考虑质量偶然偏心的影响。因此, 如果计算了双向地震作用, 按理应再单独计算考虑质量偶然偏心的地震作用, 以判断位移比是否满足要求。实际工程中, 对确实需要考虑双向地震作用的结构, 也可以近似按此位移进行扭转位移比控制, 但位移计算应按双向地震作用效应的规定计算。
为何第4.6.3 条“楼层位移计算不考虑偶然偏心的影响”
《高规》第4.6.3 条楼层层间位移角控制条件,采用了层间最大位移计算, 考虑了扭转的影响。抗震设计中, 核算楼层层间位移角限制条件时, 可不考虑质量偶然偏心的影响, 主要考虑到, 新规范采用楼层最大层间位移控制层间位移角已经比原规程J GJ3-91 严格, 而侧向位移的控制是相对宏观的要求, 同时也考虑到与《抗震规范》等国家标准保持一致。