偏心RC框架結構扭轉效應分析

王威 黃小寧

摘 要：針對L型鋼筋混凝土框架結構的振動特性，運用SAP2000結構分析軟件建立結構數值模型，分別以層間位移和樓層位移為扭轉效應指標，評價結構的扭轉效應，在設防地震作用下的進行反應譜分析，分析結果表明：對于本工程案例，X向的偏心距會引起沿Y向扭轉位移比變化，Y向的偏心距會引起沿X向扭轉位移比變化，且偏心距越大，扭轉位移比越大;對于單向偏心結構，應以雙指標的扭轉位移比評價結構的扭轉效應，以單指標評價結構的扭轉效應時，會高估單向偏心結構的安全性。

關鍵詞：偏心結構;扭轉位移比;偏心距;扭轉效應

1? 引言

張寰華[1]通過以RC框架結構為例，分別分析了二維水平地震作用下、多維地震動作用下的結構反應，研究結果表明：在多維地震作用下結構的扭轉反應更加明顯。李宏男[2]等在分析平面不規則結構時，研究發現對于平面不規則結構的扭轉反應，不僅與結構本身的質心與剛心偏心有關，多維地震作用下地震分量也會對平面不規則結構的扭轉反應有直接的影響。凱里[3]分析平面不規則結構的扭轉反應時，研究發現扭轉位移比并不能真實反映結構的扭轉情況，還要考慮結構的平面幾何特征及結構平面布置情況，選擇合理的參數和指標，準確評價結構扭轉效應。

2? 工程概況

某平面呈L形鋼筋混凝土框架結構，首層層高3.9m，其余層高3.6m，結構總高度為21.9m，隔震層層高1.6m;跨度分別為8.4m、7.2m。隔震層樓板厚0.16m，其它板厚0.12m。混凝土強度等級為C30、C25。抗震設防類別為乙類，基本抗震設防烈度為8度，Ⅱ類場地，基本地震加速度為0.2g，地震分組為第三組，場地設計特征周期=0.45S。，表1偏心結構上部結構質心與剛心坐標，偏心距為上部結構質心坐標減去剛心坐標所得結果的絕對值。

3? 結構動力響應分析

《建筑抗震設計規范》[4]（GB50011—2010）給出了底部剪力法和振型分解反應法兩種分析方法;由于該結構為平面不規則結構且高度不超過40m，宜采用振型分解反應譜法。結構所處的場地條件、抗震設防烈度等因素，確定地震影響系數曲線，在設防地震下輸入雙向地震作用，結構模型進行動力響應分析。得到偏心抗震結構的X、Y扭轉位移比見圖3、圖4。

圖3、圖4為設防地震作用下X、Y向扭轉位移比。分析可得，就抗震結構而言X、Y向的最大層間位移扭轉位移比為1.036、1.340;X、Y向的最大樓層位移扭轉位移比為1.036、1.294，此平面不規則結構為單向偏心結構。由圖3可得X向以層間位移為指標的扭轉位移比普遍小于以樓層位移為指標的扭轉位移比，且隨著樓層增加扭轉位移比呈減小趨勢;由圖4可得Y向層間位移扭轉位移比普遍大于樓層扭轉位移比，且隨著樓層增加扭轉位移比增大。抗震結構X、Y向的偏心距分別為3.925、0.300，X、Y向以層間位移為指標的最大扭轉位移比為1.036、1.340;X、Y向的以樓層位移指標的最大扭轉位移比為1.036、1.294，顯然當X向偏心距較大時，沿Y向的扭轉位移比較大，且超過了1.2，當Y向偏心距較小時，沿X向的扭轉位移比較小，屬于X向單向偏心結構。

4? 結論

對于本工程案例，當X向偏心距較大時，沿Y向的扭轉位移比較大，當Y向偏心距較小時，沿X向的扭轉位移比較小，即X向的偏心距會引起沿Y向扭轉位移比變化，Y向的偏心距會引起沿X向扭轉位移比變化，且偏心距越大，扭轉位移比越大;對于單向偏心結構，應以雙指標的扭轉位移比評價結構的扭轉效應，以單指標評價結構的扭轉效應時，會高估單向偏心結構的安全性;評價X向扭轉效應時，應選擇以樓層位移為指標的扭轉位移比作為評價指標，評價Y向扭轉效應時，應選擇以層間位移為指標的扭轉位移比作為評價指標，比較安全、可靠。

參考文獻（References）

[1]張寰華. 空間框架結構對多維地面運動的彈塑性動力反應[J].地震工程與工程震動， 1983， 3（01）.

[2]李宏男， 吳香香.偏心隔震結構扭轉地震作用的簡化計算公式[J].哈爾濱工業大學學報， 2002， 23（02）：13-18.

[3]凱里. 平面不規則結構扭轉效應分析的思考和討論[J]. 建筑結構， 2013， 43（07）：47-51.

[4]中華人民共和國行業標準.GB50011—2010建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

基金項目：本文系青海省自然科學基金-青年項目;項目名稱：預制裝配式鋼-混隔震結構地震序列抗震性能研究;編號：2018-ZJ-953Q