位移角 独门秘技！一招助你搞定地震层间位移角

“要想在任何领域都有竞争力，就必须精通该领域的各个方面，不管你喜不喜欢。这是人脑的深层结构决定。”

查理·孟格

选中该参数后，软件直接执行两个计算:

第一遍采用强制刚性板假设模型，解决主要计算指标的输出问题；第二遍采用非受力刚性板假设模型，给出内力配筋的计算结果。

根据软件规范，在刚性板假设下，程序主要输出以下结果:

1)“规定水平力”的计算；

2)位移角和位移比；

3)周期比；

4)层刚度比、层剪力与层位移比、抗剪抗弯刚度；

5)寻求EJd检查结构整体稳定性时；

6)最小剪重比；

7)地震作用下的倾覆力矩；

8) 0.2V0，框筒抗震层剪力调整系数；

每个人都必须注意考虑主要输出内容的一点:

剪力墙连梁刚度折减系数。

简而言之，程序计算了地震条件下连梁刚度降低时的结构刚度，并输出了刚性板假设下的主要指标。

显然，这种设计方法对高强度地区的剪力墙工程并不友好。

由于连梁的剪压比容易超限，实际运行中刚度折减系数往往较低。

在计算位移角时，程序还考虑了刚度折减，使得地震条件下的层间位移角难以满足规范限值要求。

为了改善这种情况，《建筑抗震设计规范》第6.2.13条建议:

在计算地震内力时，可以降低抗震墙连梁的刚度；计算位移时，连梁的刚度不能降低。

也就是说，当系数为1.0时，层间位移角可以通过刚性板+连梁的刚度来减小。

如果像以前一样，这个问题用两种模式解决，操作起来会比较麻烦。

考虑到这一要求，在后续的版本升级中，软件提供了“在连梁刚度不降低的模型下，增加地震位移计算”的功能。

检查该项后，软件输出WDISP末端未削弱连梁刚度模型下的地震位移统计结果。OUT，如下图所示:

△ WDISP。输出文本结果

如前所述，一般来说:

层间位移角指标是刚性板假设下的结果。

因此，大白一直默认程序输出的不降低连梁刚度的下层层间位移角指标也是楼层刚度假设下的结果。

真的是这样吗？大家接着往下看:

01案例概述

高烈度区16层高层剪力墙办公楼，总高约62.4米，标准层高3.90米，带地下室；

主要设计指标如下:

抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g，设计地震分为第二组，施工场地类别为三类，特征周期为0.55s，剪力墙抗震等级为二级；

50年一遇的基本风压为0.45kN/㎡，地面粗糙度为b级。

读者的问题如下:

高强度SOHO办公楼有自己的结构。业主不允许采用减震方案。目前各项指标已达到规范要求。我想让大白帮我看看上层优化空能有多大。

阅读器模型的标准层如下图所示:

△阅读器标准层方案

可以看出，平面形状是一个规则的矩形；长约54m，宽约13.5m:结构的高宽比约为4.6，简单来说不算大。

但是，计算结果在WMASS中。OUT显示，在高烈度地震作用下，整个结构底部Y方向的零应力区比例高达78.33%，结构方案不合理。

如果保持目前的结构方案，必须采取可靠措施防止整体倾覆。

△ WMASS。输出文本结果

读者模型可以在不降低连梁刚度的情况下，将层间位移角控制在1/1007，满足规范要求。但部分剪力墙厚度较大，存在低效墙肢，上部自重较重，模型有一定的优化空。

02刚性板块？

基于以上思路，大白调整了读者模式的布局。

优化后的标准层方案如下图所示。当连梁刚度不降低时，Y向地震控制层间位移角输出结果为1/993，与规范限值非常接近。

△大白标准层方案

在实际调整过程中，大白逐渐意识到上述位移角指标可能不是刚性板块假设的结果。

为了验证这一思路，大白从基础模型入手，对五种模型方案进行了对比分析:

基本模型

整体指标计算采用强刚性，其他计算不采用强刚性

连梁刚度折减系数取0.5

强刚模型：

所有楼层均采用受力刚性楼板的假设

连梁刚度折减系数取0.5

非强刚模型：

不采用受力刚性楼板的假设

连梁刚度折减系数取0.5

基本模型

整体指标计算采用强刚性，其他计算不采用强刚性

连梁刚度折减系数取1.0

连梁刚度1.0+强刚模型

所有楼层均采用受力刚性楼板的假设

连梁刚度折减系数取1.0

可以看出，五种方案仅在刚性楼板的假设和地震连梁刚度折减系数的选取上有所不同，并勾选了“不折减连梁刚度模型下增加地震位移计算”的选项。

大白提取了主要计算指标，如下表所示:

▽索引对照表

经验证，如用户手册所述，程序的输出周期和层间位移角指标均为考虑连梁和刚性板刚度降低假设下的结果。

对于连梁刚度不降低的层间位移角指标，基本模型、非刚性模型和基本模型的计算结果一致，均为1/993。

也就是说，这个指数是:

非 刚性板+刚度折减系数1.0时的结果 。

当大白在基本模型中考虑刚性板假设时，结果与连梁刚度1.0+强刚性模型相同，为1/1012。

由此可见，优化方案的实际位移角应为1/1012，已经满足规范限值要求，无需继续调整。

但基本模型的位移角仅为1/993，比前者高1.8%。在高地震烈度下，减小这个位移角是相当困难的。

大白验证发现，目前3.0.2版程序和2.0.3版程序存在类似问题。

考虑到软件采用串联计算，为了提高计算效率，减少模型的计算时间，采用简化计算方案是可以理解的。

实际工作中，如果模型层间位移角接近规范限值且难以调整，可考虑在地震条件下连梁刚度不降低的情况下，增加一个强刚性模型输出层间位移角，是一种高效的解决方案。

建议在后续的版本升级中，为需要一步算的朋友增加一个独立的参数开关。

此外，细心的朋友可能会发现，连梁刚度1.0+强刚性模型下的地震层间位移角与连梁刚度不降低时略有不同，这是计算中有效质量系数的差异造成的，使得地震力和周期略有不同。

03优化结果

为了便于比较，前后方案的标准层堆叠在一起，如下图所示:

△标准层对比图

黑色部分是删除的墙肢

下表总结了经济指标:

▽经济指标对照表

可以看出，位移角控制指标变化不大时，地上结构自重降低7.1%；混凝土和钢筋的用量可优化10%左右；上部结构单位面积用钢量降低约6.8Kg/ ㎡，达到了大白的预期目标。

调整后零应力区比例由78.3%降至68.8%，说明降低上部自重降低了地震反应力，可以适当缓解整个结构的倾覆问题。

白若冰，高级工程师，国家一级注册结构工程师；在《建筑结构》杂志上独立发表论文；一线结构工程师，从事结构设计工作15年+，一注执业10年+；擅长剪力墙结构分析优化、复杂公建分析及精细化设计。

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