规定水平力地震力与PKPM应用

 【摘要】2010版《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构设计规范》首次引入规定水平力的概念，应用于地震作用下楼层位移比计算和倾覆力矩计算，本文简要介绍规定水平力的计算方法，通过工程实例，比较PKPM软件按照规定水平力法和CQC组合法计算结构扭转位移比的差别。 　　

【关键词】规定水平力；PKPM2010；位移比；地震剪力 　　

1.扭转不规则和规定水平地震力 　　

《建筑抗震设计规范》3.4.3条：在规定水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移或层间位移，大于该楼层两端弹性水平位移或层间位移平均值的1.2倍为结构扭转不规则；《高层建筑混凝土结构设计规范》3.4.5条：在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍。根据规范定义，当位移比大于1.2时，即可判定结构在地震作用下扭转不规则，位移比则是按照规定水平地震力作用计算得出。 　　

2.规范引入规定水平地震力计算方法的原因 　

02版规范中，计算位移比采用CQC法直接得到的节点最大位移和平均位移的比值。各振型位移的CQC组合计算，即先求出各振型下的位移，再采用CQC组合方法计算在地震作用下各振型的总位移，这种将各个振型的响应在概率的基础上采用完全二次方开方的组合方式得到总的结构位移，每一点都是最大值，可能造成楼层位移计算失真，最大位移出现在楼盖的中部而不是角部。 　　
根据10版《高规》和《抗规》的条文规定，位移比的计算如图1所示，楼层最大水平位移取角部位移δ2，楼层位移的平均值取楼盖中点即两端位移平均值（δ1+δ2）/2，二者的比值即为位移比。如果最大位移出现在楼盖的中部而非角部，上述位移比的计算式将失去意义，因此新规范用规定水平力法代替CQC法计算结构的位移比，确保楼层最大水平位移出现在端部，使该算式准确反映结构的扭转效应。 　　

3.规定水平力法在工程中应用 　　

3.1 工程概况 　　
朗润春天住宅小区位于东营市西城区核心地段，其中8#楼为地下一层，地上四层，地下一层外接车库，主体高度12.6m，采用钢筋混凝土抗震墙结构。 　　
该地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.1g，设计地震分组为第三组，抗震设防类别为丙类，剪力墙抗震等级为四级。 　　
3.2 规定水平力在PKPM2010中的确定方式 　　
2010版SATWE中按照新规范的要求，增加了“规定水平力”的计算，如图2。SATWE软件在“规定水平力”选项中提供了两种方法，一种是最常用的“楼层剪力差方法”，一种是“节点地震作用CQC组合方法”。第一种是《抗规》、《高规》要求的“规定水平力法”（即规范法），用于结构布置规则、楼层概念清晰的建筑；第二种是结构布局复杂、具有较多错层部位导致楼层划分困难采用的计算方法。本工程采用第一种计算方法。 　　
3.3规范法计算“规定水平力” 　　
规范法计算规定水平力，该四层抗震墙结构X向地震作用下，SATWE计算的WZQ.OUT输出X向各层楼层剪力结果和SATWE软件在WV02Q.OUT输出各规定水平力计算结果如下： 　　
根据规范对规定水平地震力计算方法的定义，第一层X向规定水平力FXV1=4593.62-3377.25=1216.37KN，第二层X向规定水平力FXV2=3377.25-2908.68=468.58KN，以此类推，逐层计算，人工计算出的规定水平力大小与软件输出结果完全一致。 　　
3.4. CQC法与规定水平力法计算位移比结果比较 　　
采用PKPM2010按规定水平力法计算结构位移比，X向和Y向最大位移和位移比的 　　
WDISP.OUT输出结果如下 　　
工况：X 方向地震作用下的楼层最大位移和最大位移比 　　

4. 结语 　　

控制位移比，减小结构的扭转设计，是抗震设计的主要内容之一。本文介绍2010版《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构设计规范》提出的规定水平力的概念和计算方法，通过工程实例，介绍规定水平力法在PKPM2010中的应用，通过比较2008版PKPM与2010版PKPM位移比的计算结果，得出新规范对位移比的控制更加严格的结论，并简要提出控制扭转位移比的方法，为今后使用PKPM软件计算结构位移比，提供一定的借鉴作用。 　　

参考文献 　　
[1] 《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010 　　
[2] 《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-2010 　　
[3] 判别结构扭转不规则的位移比计算方法探讨 建筑结构