[分享]设计心得005-抗震三剑客-双向地震

问题阐述

上篇文章我们讨论了偶然偏心的一系列问题，考虑偶然偏心通常会有一个前提：计算单向地震作用。既然有单向作用，必然也会有双向作用。本篇文章就来讨论一下双向地震作用计算的一些问题。

问题分析

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形成原因match

根据实测的强震记录显示，地震运动几乎不会仅仅出现在某一个方向，而是一种三维的运动，三个方向同时作用。

《抗规》5.1.1条第3款规定：“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。”

这说明，对于质量和刚度分布对称的结构，是可以采用单向地震作用（考虑偶然偏心）进行结构构件及内力计算的。

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用途

双向地震作用主要用于结构、构件的内力计算。

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双向地震的前提

首先需要说明的是，不论单向还是双向，本质上都是一种近似的算法，均属于估算的范畴。

双向水平地震作用计算，主要计算的是结构的扭转地震作用效应

使用双向地震作用的前提是“质量和刚度分布明显不对称”，针对何种结构可以定义为不对称，根据朱总《抗震》一书中的理解，“质量和刚度分布明显不对称的结构”其判断应属于对结构不规则的判断，所以采用抗规中对扭转不规则的计算方法，即当扭转位移比大于1.2时，可看作明显不对称，此时应计入双向地震作用下的扭转影响。

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双向地震的计算

当使用双向地震作用计算时，并不是真的用软件计算两个方向地震力同时作用下，结构的力学表现。而是分别计算两个方向水平地震单独作用下产生的同一效应，然后将二者结果做简单的组合。

由于两个不同方向的水平地震存在相位差，其峰值加速度并不会同时出现，因此在分析双向水平地震作用效应时，应对地震作用效应适当折减。根据实测记录，对震中以外的区域，当一个方向的水平峰值加速度为1时，另一个方向的水平峰值加速度为0.85，因此，双向水平地震作用可采用随机振动理论，按《抗规》的公式计算。

假设上式中，Sy=Sx，则S=1.31Sx。即两个方向水平地震单独作用产生的同一效应相等，意味着结构的扭转作用很大时，双向水平地震作用是单向作用效应的1.31倍，由此可见，对框架结构的边柱、角柱这类受扭转作用影响明显的构件，双向地震作用的效果显著。

当Sy/Sx趋向于0时，即接近单向作用时，双向水平地震作用也随之减小，由此可见，对中部框架柱及框架梁的双向地震作用效应影响并不显著。

精

双向地震作用计算，本质上是将两个单向地震作用进行组合，而且这两个单向地震作用的取值和单纯计算单向地震时也不一样。概括为一句话：双向地震计算是考虑扭转耦联，不考虑偶然偏心的单向地震作用组合后的结果（CQC法）。

而单向地震计算则是同时考虑偶然偏心和扭转耦联。

以计算框架柱偏心受压为例。

当按双向偏心受压计算配筋时，相应的XY方向的弯矩应考虑扭转耦联但不考虑偶然偏心。

当分别按两个方向单向偏心受压计算时，弯矩应取用考虑扭转耦联并考虑偶然偏心的弯矩值。

顺便解释一下CQC和SRSS的关系，简单来说就是结构扭转变形很小的时候，以单向平动变形为主，该方向各阶振型自振周期一般相差较大，耦联系数趋近于0，CQC法退化为SRSS法。

在实际设计当中，可以先不勾选双向地震作用，只考虑偶然偏心，当扭转位移比超过1.2之后，再勾选重新计算一次，根据第二次的结果来配筋即可。