水平地震剪力與規(guī)定水平力在軟件中的實(shí)現(xiàn)

1、從標(biāo)題來看，二者區(qū)別很明顯，不至于分不清。地震作用是由地震動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)作 用，是地震動(dòng)輸入后的一個(gè)代表，是荷載、是外力，而地震作用效應(yīng)是由地震作用產(chǎn)生的結(jié) 構(gòu)反應(yīng)，包括軸力、剪力、彎矩、應(yīng)力、位移等，是內(nèi)力和變形，是輸出，這如何會(huì)分不清？ 然而，當(dāng)我一邊看規(guī)范、一邊看軟件時(shí)，面對(duì)五花八門的表述時(shí)，還是有犯暈的感覺。本文首先來看看規(guī)范和軟件中是如何表述相關(guān)術(shù)語(yǔ)的，然后通過算例來看一個(gè)容易混淆的概 念，并對(duì)其進(jìn)行分析、總結(jié)，以防下次再犯暈。1術(shù)語(yǔ)現(xiàn)行抗規(guī)第5章及高規(guī)第3章采用了：地震作用；地震作用效應(yīng)；水平地震剪 力（水平地震作用下的樓層剪力）；規(guī)定水平地震力。顯然，水平地震剪力屬于地震作用效

2、應(yīng)，規(guī)定水平地震力更傾向于地震作用。規(guī)范是準(zhǔn)確無誤的！而常用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM和YJK中的術(shù)語(yǔ)如何表達(dá)的呢？來看看幾張截圖（圖1、圖2）。:M :,: T1 arrrh%=:M :,: T1 arrrh%=L.-兄i = X劉二距碧次觀定水勇肝本E時(shí)在榜圖1 PKPM相關(guān)截圖:m W吐網(wǎng)通圳圖2 YJK相關(guān)截圖由圖可知，PKPM（YJK）計(jì)算文本結(jié)果中相關(guān)術(shù)語(yǔ)為：地震力、作用力、地震作用、地 震反應(yīng)力、樓層剪力、地震作用規(guī)定水平力（規(guī)定水平力）；圖形結(jié)果中為：地震力（地震 外力）、層剪力（地震剪力）、最大反應(yīng)力、最大剪力。可見，YJK在PKPM基礎(chǔ)上對(duì)個(gè)別術(shù) 語(yǔ)進(jìn)行了修改，然而仍然比較混亂。

3、上述術(shù)語(yǔ)中的地震力、作用力、地震作用規(guī)定水平力、規(guī)定水平力、地震外力均為地震作用 的其他表述；樓層剪力、層剪力、地震剪力均屬于地震作用效應(yīng)。而“地震反應(yīng)力”在PKPM 中屬于地震力，在YJK中為地震外力，也屬于地震作用。那么為什么會(huì)有一個(gè)容易與“效應(yīng)” 相聯(lián)系的“反應(yīng)”呢，這個(gè)作用力又是從哪來到哪去呢？2水平地震力與水平地震剪力水平地震剪力就是水平地震作用下的樓層剪力，那么水平地震力呢？規(guī)范中表述的是規(guī) 定水平地震力。水平地震剪力和規(guī)定水平地震力怎么來的呢？所謂的“地震反應(yīng)力”跟它們 又是什么關(guān)系呢？以下以一個(gè)簡(jiǎn)單算例來說明。某YJK模型的周期、振型計(jì)算結(jié)果如圖3所示。為簡(jiǎn)單起見，僅計(jì)算前6階

4、，且僅以X 方向來說明，考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)，即采用CQC法進(jìn)行地震作用效應(yīng)組合YJK默認(rèn)按CQC法進(jìn)行 計(jì)算，PKPM的SATWE以前有CQC和SRSS的選項(xiàng)，但現(xiàn)在也沒有了。因?yàn)榘碈QC計(jì)算對(duì)規(guī) 則或不規(guī)則的結(jié)構(gòu)都適用，而SRSS對(duì)不規(guī)則的需考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的結(jié)構(gòu)計(jì)算不準(zhǔn)確，因而被拋棄了。振型母 周耶振理1偷璀寰力抵型3的地震力振型5的牡笛刀0.霹 530. 66120.搽90.1件0. 18570,15 調(diào)FloarTsimcrF(iN)10135.0$9131.li1SV.S271以.部G1點(diǎn)M&1U.的41ME31&.的213.5311E振型2由葩育力FloorEf-x(LN) 101(J. 1

5、3勺1IE10.127IU. OS1D. Q6510441。.皿3io. ao21-0.0111-o. QI捐羞q的北貧tiFloorTdktefF-jex仙)101-2Y.瓣91-13. 28i-Oh 687110. 976119.495I23.794i23- 253118.72211L&!4. 1ft撫型6的燈籬FluarT DwerF -k-s(iN;101 M9is.iaW10. 1071X 03ei狷619.05410,0331E101ii), gqF uur(kN)101M一明gi-a. o&81-0.B5715.71glm.w5113.51113.6031IL 241氣狒i1zF

6、loorTauerF-j-i(kN)101-fl,1991-0.C8BI0,0210.1USL土H5iH410.113I0,07I0.03Ll1dLML圖3 YJK模型的周期、振型YJK的計(jì)算結(jié)果及部分復(fù)核結(jié)果（括號(hào)內(nèi)數(shù)字）如圖4所示。樓層的“地震反應(yīng)力”實(shí) 際是由該樓層各振型的地震力采用CQC法組合而成；而樓層的地震剪力是由該樓層各振型的地震剪力采用CQC法組合而成。例如對(duì)于第9層，“地震反應(yīng)力” 37.59是由第16振型 地震力31.48、0.12、0.15、-8.05、-13.92、-0.08組合而成；樓層剪力89.52是由第16振型 樓層剪力（等于上部樓層水平地震力之和）66.57、0

7、.26、0.33、-22.94、-41.01、-0.27組合 而成。CQC法計(jì)算公式比SRSS復(fù)雜，可采用MATLAB計(jì)算，用幾個(gè)for循環(huán)即可。復(fù)核結(jié)果 與YJK計(jì)算結(jié)果一致。值得注意的是，很容易誤認(rèn)為將上部樓層的“地震反應(yīng)力”相加即為樓層剪力，因?yàn)檫@ 是振型組合的結(jié)果，與單個(gè)振型內(nèi)的地震力相加等于樓層剪力當(dāng)然不同。圖中給出了樓層剪 力差，其與樓層的“地震反應(yīng)力”存在一定偏差。駕層X floor lower Fk Vx作olrr駕層X floor lower Fk Vx作olrr向同SixxJI也也的的IsiITTTG-wsr iiTi X- Fx7x(kN?(kN)1位.何 2.69(5X

8、6930)52 6(52,693101的52(X9.52(rn122 6 27.70112 3817.火i 2B. 3?126. 34111.% 34.39133. 30115.師 3S.02153. 3611HJI2 36.21171. 301淚Ni福.罪1SS.1911LX 18.03 (1K0ZM)1 的33（ 1 知一爻411 .14.39203. 92圖4 YJK相關(guān)結(jié)果樓層剪力的用途之一是判斷剪重比，那么它和“地震反應(yīng)力”還有什么主要作用呢？3規(guī)定水平地震力現(xiàn)行高規(guī)第3.4.5條規(guī)定了位移比限值，位移比需根據(jù)考慮偶然偏心影響的規(guī)定水 平地震力來計(jì)算。原因是：扭轉(zhuǎn)位移比計(jì)算時(shí)，樓層位

9、移不按各振型位移的CQC組合計(jì)算， 而按“規(guī)定水平力”計(jì)算，這樣可避免有時(shí)CQC計(jì)算的最大位移出現(xiàn)在樓蓋邊緣的中部而 不是角部，而且這種方法對(duì)無限剛樓蓋、分塊無限剛樓蓋和彈性樓蓋均適用。為什么一定最 大位移一定要出現(xiàn)在樓蓋邊緣角部呢？這是扭轉(zhuǎn)位移比的計(jì)算方法所要求的！YJK中默認(rèn)的規(guī)定水平力就是按規(guī)范條文說明中的方法來計(jì)算的，即對(duì)相鄰樓層的CQC 組合后的樓層剪力進(jìn)行作差即可。由圖5可知，軟件給出的規(guī)定水平力與樓層剪力差的確是 一致的。* XKW 套 * 摩* 率*座 * 摩率* * 土 *： 吝岷備垮用規(guī)定求平為st 中，* I：立* 讓中* 卓中!* * 申* * * * 寸#* * 沖*

10、 * * * 寸卻*既咨11.IA96既咨11.IA96圖5 YJK中的規(guī)定水平力而PKPM的SATWE中提供了兩種規(guī)定水平力的計(jì)算方法，包括樓層剪力差法（規(guī)范方 法）和節(jié)點(diǎn)地震作用CQC組合方法。原因是：規(guī)范方法適用于大多數(shù)較規(guī)則的結(jié)構(gòu)，而CQC 方法主要用于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)布局復(fù)雜，樓層概念不清晰的情況。再仔細(xì)看，這個(gè)CQC 方法確定規(guī)定水平力不就是前述的所謂“地震反應(yīng)力”嗎？在PKPM中計(jì)算時(shí)選擇“節(jié)點(diǎn)地 震作用CQC組合方法”，然后可得到各樓層規(guī)定水平力，如圖6所示，可見這時(shí)規(guī)定水平力 的確與“地震反應(yīng)力”大小一致。至此，基本搞清楚了軟件中的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)及它們與規(guī)范中術(shù)語(yǔ)的關(guān)系及各自的計(jì)算方法。3層x方向豹作用力（E7lour :i L_i里宰半琳半牛肆宇年*宰年宣半*玲牛平w*孕rower :厚號(hào).各層各塔的規(guī)定水平力J:K向拙篷作用下結(jié)構(gòu)的3也霞反應(yīng)力叮 oorTwerFi層號(hào)踞X 向(KN)10152. 8110152.8g13質(zhì)913L78127. 73s k27.771職412B. 4634. 4?34.5&13S. 13s i/38.14136- 334135c 331卻.033129. 0211S. 1321E1151 1以圖6 PKPM中的CQC法規(guī)定水平