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对称结构在水平地震作用下的偶然偏心影响研究
对称结构在水平地震作用下的偶然偏心影响研究
随着城市化进程的加快，高层建筑越来越多，对地震防灾工作提出了更高的要求。而建筑结构的稳定性是保障人民生命财产安全的重要因素之一，特别是在地震灾害中更加重要。对于高层建筑而言，其对水平地震的响应极其敏感，建筑偶然偏心对结构的稳定性和分布不均匀性造成的影响需要得到深入研究。
建筑的抗震设计中一般采用对称结构，对称结构较能有效地减轻地震造成的损坏，其偶然偏心对抗震能力的影响较小，但一旦建筑出现一定程度的偶然偏心时，是否会对结构稳定性造成较大影响，对于设计人员需作进一步研究。
在工程实践中，结构设计中经常考虑各种不同的偶然偏心力对结构力学行为的影响，但偶然偏心力的作用机理和影响程度仍然是我们应该更深入而细致研究的问题。本文将对对称结构在水平地震作用下的偶然偏心影响进行研究。
一、对称结构概念及抗震设计考虑
对称结构是指建筑在几何形状、结构布置和荷载分配上具有均匀对称性，具有同等的截面，相同的材料和相同的荷载。基于对称结构优势，构筑物是建筑界和结构工程师的首选。对称结构的对称性能在水平震动中起到最大的保护作用。极少有机会输入0至最大荷载变化的对称力，所以如果对称结构不受严重破坏，就可以继续在130%左右的最大荷载范围内运行。
对于高层结构设计，要尽可能选择对称结构，如矩形结构、圆形结构和六边形结构等，使得荷载均匀分布。此外，还需针对不同地形设计相应的地震烈度。通过合理的抗震设计是可以达到承受地震的要求。
二、偶然偏心力与对称结构的关系
最小平衡状态是其中一个基本的结构力学概念，将多臂桥作为一个例子考虑，最小平衡状态指的是合力矩为零的状态，使其达到不转动的平衡状态。遵循此原则，对于板壳类结构体的弹性行为计算时，一定要考虑偶然偏心力对整体建筑的影响。
在一般情况下，建筑物各部分的均衡状态的取决于固定支撑点的均衡位置，偏离均衡位置的部分便产生了偶然偏心力。以矩形结构为例，偶然偏心力设在重心线上，水平地震作用下所产生的附加内力较小。但是，一旦建筑结构的偶然偏心力超过一定程度时，将会对结构的稳定性造成影响。
三、偶然偏心力对结构的影响
偶然偏心力对结构稳定性产生的影响可以分为两个方面，一是偶然偏心力所产生的内力的影响，二是结构整体受力分布的影响。
3.1偶然偏心力产生的内力
当结构偶然偏心时，便会引起附加的内力。其影响因素主要来自偶然偏心力的大小、施力点与支撑点的距离、内力施加的方向和性质等因素。勾股定理表明，在结构中，偶然偏心力越大，产生的附加内力越大。如当偶然偏心力达到结构抗倾覆极限时，就会引起结构的破坏，进而引起倒塌风险。
3.2结构整体受力分布造成的影响
随着偶然偏心力的逐渐增大，结构受力分布将越来越不均匀，存在附加剪力和附加弯矩等复杂的变形和破坏模式。
四、对偶然偏心力的处理措施
在设计过程中，需要对偶然偏心力的影响进行计算和预测，在满足安全要求的前提下，使结构安全度达到最小造价。而要做到这一点，就需要特别注意以下几点问题：
4.1偏心力大小的控制
偏心力大小的控制可以通过优化结构设计解决，减少荷载引起的偏心系数。同时在施工时，应按设计要求采取合适的加固措施，通过优化结构设计来控制对称结构的偶然偏心。
4.2结构的整体稳定性分析
对于高层建筑设计，一旦设计中存在偶然偏心力，就必须考虑结构整体的稳定性问题。可以通过数字仿真等方法对偶然偏心力下的结构安全进行计算和预测，进而针对设计的不足进行调整。
4.3等效静力法和等效动力法相结合
等效静力法和等效动力法相结合，是有效控制结构偶然偏心力的一种方法。通过等效动力法先计算出结构的基本周期和阻尼比等参数，再利用等效静力法对结构偶然偏心力进行计算。通过相互协调解决建筑结构的整体稳定性和抗震能力的问题。
五、结论
高层建筑的结构设计对于城市综合防震体系的安排具有极为关键的作用。对于对称结构而言，在进行抗震设计时，应尽可能遵循对称原则。对偶然偏心力的控制和处理是一项复杂的工作，我国目前已采用等效静力法和等效动力法相结合的方法来解决。因此，加深理解结构偶然偏心的形成机制和影响程度，能够更好地指导抗震设计，提高结构的抗震能力。