47.扭转周期Tt与平动周期T1的比值要求,是否对两个主轴方向平动为主的振型都要考虑?

扭转为主的振型中,周期最长的称为第一扭转为主的振型,其周期称为扭转为主的第一自振周期Tt。平动为主的振型中,根据确定的两个水平坐标轴方向XY,可区分为X向平动为主的振型和Y向平动为主的振型。假定XY方向平动为主的第一振型(即两个方向平动为主的振型中周期最长的振型)的周期值分别记为T1XT1Y,并定义:

T1 =max{T1XT1Y}

T2 =min{T1XT1Y}

T1 即为《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)第3.4.5条中所说的平动为主的第一自振周期,T2 姑且称作平动为主的第二自振周期。

对特定的结构,T1T2的值是恒定的,究竟是T1X、还是T1Y,与水平坐标轴方向XY的选择有关。扭转耦联振动的主方向,可通过计算振型方向因子来判断。在两个平动和一个转动构成的三个方向因子中,当转动方向因子大于0.5时,则该振型可认为是扭转为主的振型。

研究表明,结构扭转第一自振周期Tt与地震作用方向的平动第一自振周期T1之比值,对结构的扭转响应有明显影响,当两者接近时,由于振动耦联的影响,结构的扭转效应显著增大。若周期比Tt/T1<0.5,则相对扭转振动效应θr/u一般较小(θr分别为扭转角和结构的回转半径,θr表示由于扭转产生的离质心距离回转半径处的位移,u为质心位移),即使结构的刚度偏心很大,偏心距e达到0.7r,其相对扭转变形θr/u也仅为0.2。而当周期比Tt/T1>0.85以后,相对扭振效应θr/u值急剧增加。即使刚度偏心很小,偏心距仅为0.1r,当周期比Tt/T1=0.85时,相对扭转变形θr/u值可达0.25;当周期比Tt/T1接近1.0时,相对扭转变形θr/u值可达0.5。由此可见,抗震设计中应采取措施减小周期比Tt/T1值,使结构具有必要的抗扭刚度。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)第3.4.5条对结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比值进行了限制,如周期比Tt/T1不满足要求,应调整抗力结构的布置,增大结构的抗扭刚度。

《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)对扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第二自振周期T2之比值没有进行限制,主要考虑到实际工程中,单纯的一阶扭转或平动振型的工程较少,多数工程的振型是扭转和平动相伴随的,即使是平动振型,往往在两个坐标轴方向都有分量。针对上述情况,限制TtT1的比值是必要的,也是合理的,具有广泛适用性;如对TtT2的比值也加以同样的限制,对一般工程是偏严的要求。对特殊工程,如比较规则、扭转中心与质心相重合的结构,当两个主轴方向的侧向刚度相差过大时,可对TtT2的比值加以限制,一般不宜大于1.0。实际上,按照《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)第3.5.3条的规定,结构在两个主轴方向的侧向刚度不宜相差过大,以使结构在两个主轴方向上具有比较相近的抗震性能。