关于扭转效应的理解

关于扭转效应的理解

李发福，邓 ,丹

(基准方中建筑设计股份有限公司，成都 610000)

摘要：由于《建筑与市政工程抗震通用规范》某些条文的文字描述与《建筑抗震设计规范》存在差异，在实施过程中难免会遇到理解上的疑问与偏差，本文就结构考虑扭转效应的影响做相关的理解与阐述。

关键词：通用规范；扭转效应；理解偏差

0  引言

自住建部发布多部通用规范以来，在具体执行过程中，通用规范相关的条文与原相关设计规范条文的描述存在差异，在相应的理解上难免会存在偏差，本文就《建筑与市政工程抗震通用规范》[1]（以下简称抗通规）和《建筑抗震设计规范》[2]（以下简称抗规）中对结构考虑扭转效应的影响做相关的理解与阐述，以期与同行交流，为实际工程设计提供参考。

1  规范条文

如下截图所示，抗通规[1]第4.1.2条第2款提出：“计算各抗侧力构件的水平地震作用效应时，应计入扭转效应的影响”。

抗规[2]第5.1.1条第3款则提出：“质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响”。如下截图所示。

两本规范的表述略有差异，计入扭转效应的影响时：抗规[2]区分了“质量和刚度分布明显不对称的结构”及“其他情况”；抗通规[1]描述为“各抗侧力构件”。细读后觉得抗通规[1]的表述更加统一。即“各抗侧力构件”包括了“质量和刚度分布明显不对称的结构以及其他情况”。

抗通规[1]是全文强制性条文规范，必须严格执行。那么问题出现了，既然是“包括了”，在考虑扭转效应时是不是各抗侧力构件均需要计入双向水平地震作用呢？在回答此问题之前，我们需要了解扭转效应产生的原因，以及规范考虑扭转效应影响采取的相关具体措施要求。

2  扭转效应理解

结合抗规[2]、高规[3]的相关规定，我们对扭转效应产生的原因及规范对应的处理措施，我们逐一理解如下。

2.1 上部结构自身原因引起的扭转效应

①当结构竖向抗侧力构件布置不对称、或存在竖向收进等因素将导致结构质量和刚度偏心并引起的扭转效应，如图1a。

②由于造型、建筑功能的需要或受场地等因素的影响，平面不规则引起的扭转效应，如图1b。

③活荷载非对称布置、施工误差等因素或使用过程中引起的偶然偏心，将引起结构产生扭转效应，如图1c。

（a）          （b）           （c）

图1（图片来自网络）

2.2 地震波自身的扭转分量引起的结构扭转效应

由地震波产生的地面运动的相位差引起的上部结构的扭转振动。不管上部结构规则与否，此种情况均难以避免。但无偏心结构的平动与扭转振动不是耦合的，有偏心结构的平动与扭转振动是耦合的。

2.3规范的处理措施

2.3.1  结合计算机分析手段，采用扭转耦联CQC振型分解反应谱法

如下截图所示，根据抗规[2]第5.2.2条条文说明解释，水平地震作用的计算目前都是按照振型分解反应谱法来考虑的，而振型分解又分为SRSS法和CQC法。

SRSS不考虑地震作用的扭转分量，仅考虑两个方向的水平分量，并且不考虑振型之间的耦联，而CQC考虑两个方向的水平分量和相应的扭转分量，同时考虑振型之间的平扭耦联，

因此，考虑CQC法即为考虑了扭转效应影响的手段之一。目前STAWE和YJK计算模块在计算地震作用的时候均强制按CQC进行计算。

2.3.2  考虑边榀构件地震内力放大

如下截图所示，根据抗规[2]第5.2.3条第1款及其条文说明解释，对于规则结构不考虑扭转耦联计算时，应采用增大边榀构件地震内力的简化方法处理。SRSS不考虑地震作用的扭转分量，仅考虑两个方向的水平分量，并且不考虑振型之间的耦联，而CQC考虑两个方向的水平分量和相应的扭转分量，同时考虑振型之间的平扭耦联。因此，对于规则结构，未考虑耦联效应而采取增大边榀地震内力的方法可认为是考虑了扭转效应的影响的手段之一。目前此方法只能在程序二维模块中实现。（因为是平面计算模型，水平地震作用不需要考虑抗扭分量，程序默认按照SRSS计算方法考虑计算。）

2.3.3  考虑双向地震

如下截图所示，根据高规[3]第4.3.2条第2款及抗规[2]第5.1.1条第3款均提出了对质量和刚度明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响。所以是否需要考虑双向地震调整，前提是基于建筑物质量和刚度是否明显不对称，而实际情况是质量和刚度是否明显不对称很难界定，所以通常情况下以“扭转不规则”作为判断条件。抗规[2]第 3.4.3条第1款规定：“在具有偶然偏心的规定水平力作用下，楼层两端抗侧力构件弹性水平位移（或层间位移）的最大值与平均值的比值大于1.2”。因此，结构位移比如果超出1.2，即可认定为扭转不规则结构，需要考虑双向水平地震作用。目前SATWE及YJK程序均可实现。

（高规4.3.2条）

（抗规5.1.1条）

（抗规表3.4.3-1）

2.3.3  考虑偶然偏心

如下截图所示，根据高规[3]第4.3.3条及其条文说明解释，采用附加偶然偏心作用计算是一种考虑扭转效应的实用方法。偶然偏心从一定程度上反映了扭转激励，更主要的是反映实际结构的偏心，例如活荷载非对称分布、施工误差、使用中产生的偏心影响等等。因此，考虑偶然偏心即为考虑了扭转效应影响的手段之一，目前SATWE及YJK程序均可实现。

3结语

为方便对扭转效应的理解，将上述梳理内容汇总如下表所示。因此，是否需要计入双向水平地震作用仍取决于建筑物的质量和刚度是否明显不对称，并以结构位移比是否超过1.2为量化指标。

参 考 文 献

[1]  GB 55002-2021, 建筑与市政工程抗震通用规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2021.

[2]  GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010.

[3]  GB 50011-2010, 高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010.