【JY】位移角还是有害位移角？
简单介绍下概念
1、概述
在高层建筑结构设计中，结构在水平荷载作用下的侧移和变形控制十分重要，我国规范以层间位移角作为层间构件的变形控制参数，分别给出了各类结构在小震下的弹性层间位移角限值和大震下的弹塑性层间位移角限值。
其中，层间位移角的计算一般由该层位移差与层高之比求得。这种计算结构层间变形的方法比较适合于结构侧移为整体剪切变形的情况，对以弯曲变形为主的剪力墙结构将产生很大的误差。
在水平荷载作用下，高层建筑结构的层间变形包括剪切变形和弯曲变形。剪力墙结构的侧移曲线为整体弯曲型，其层间变形以弯曲变形为主，下部楼层的刚体转动位移将影响上部楼层的层间位移值，如何在设计中扣除楼层刚体转动位移的影响，选择合理的性能参数作为剪力墙结构的性能指标，是剪力墙结构基于性能抗设计中需要解决的一个问题。
2、位移组成部分
水平荷载作用下结构的楼层侧移，主要由以下三部分组成:①楼层的整体剪切位移，也称平动位移;②结构整体弯曲变形产生的侧移，也称转动位移;③基础转动位移。其中，剪切位移由楼层剪力引起;转动位移由水平荷载产生的倾覆力矩引起；基础转动位移是由地基变形引起的结构整体刚体转动所产生的位移，对结构在竖向荷载作用下的重力二阶效应影响较大。以下主要讨论前两种位移对结构变形的影响。
在水平荷载作用下，上部结构的整体倾覆力矩使结构产生整体弯曲变形，引起结构的整体倾斜，使楼层构件产生刚体转动。楼层刚体转动引起的位移对结构层间构件的受力和变形并不产生直接影响，故称为无害位移或刚**移。直接导致结构构件变形和破坏的是层间构件受力产生的剪切位移和弯曲转动位移，称为有害位移。
对以整体剪切变形为主的结构(如框架结构)，其无害位移由竖向承重构件的轴向变形引起，当结构层数不多时，竖向构件的轴向变形较小，无害位移可以忽略不计，且有害位移中转动位移所占的比重较小，故仅考虑剪切位移的影响。
对以整体弯曲变形为主的结构(如剪力墙结构)，剪切位移所占的比重较小，弯曲转动位移沿结构高度由下向上逐层积累，转动位移对本层构件的影响为有害位移，对上部楼层的影响为无害位移。随着建筑物高度的增加和结构高宽比的增大，上部楼层无害位移的累积效应逐渐增大，故其无害位移不能忽略。可见，剪力墙结构的整体弯曲变形是由楼层构件弯曲变形的积累引起，在剪力墙结构的侧移计算中，其有害位移以转动位移为主，忽略转动位移对上部楼层的影响，将产生很大的误差，而且会影响到结构层间变形的计算结果，得出与实际情况不相符的结论。因此，不宜直接采用层间位移角作为性能指标，控制剪力墙结构的层间变形。
框架结构变形特点
剪力墙结构变形特点
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相关分析
建筑结构在水平地震作用下的总层间位移，由楼层构件受力变形产生的位移与结构整体弯曲变形产生的层间刚体转动位移之和组成。
对于框架结构，若不考虑整体结构的弯曲变形产生的层间刚**移，则规范给出的层间位移计算方法一致，通常框架结构的高宽比不大，层数不多，这样处理与实际情况比较符合。
对于层数较多的剪力墙结构，其侧移曲线中弯曲变形占主导。根据上述分析若忽略整体剪切变形，可认为结构在水平荷载作用下的总层间位移均由转动位移引起，包括下一楼层转动引起的刚**移和本层构件弯曲转动产生的有害位移，由于某一楼层的转角反映了该层以下所有竖向构件弯曲变形的积累效应，故总层间位移中刚**移所占的比例沿结构高度由下至上迅速增长。
因此，必须扣除名义层间位移角中刚体转动位移的影响，才能反映结构上部楼层的真实受力情况。根据剪力墙结构的变形特点，结构上部楼层名义层间位移较大而下部楼层的名义层间位移较小。
规范所给的层间位移角限值对上部楼层(尤其是顶层)的变形起控制作用。若要控制结构的层间变形，应增大结构上部楼层的刚度，结构的侧向刚度分布为沿竖向由下至上逐渐增大，这与实际情况相反，显然是不合理的。
以前有关剪力墙层间位移角的试验研究，大多数是针对单个构件或层数不多的情况，仅仅反映了墙体本身的受力性能，并不能代表高层建筑结构中剪力墙的实际受力和变形状态。震害经验和结构振动台试验表明，对于规则的高层建筑结构，底层剪力墙的破坏较为严重，而上部名义层间位移角最大的楼层构件并无明显破坏现象。
对于弯曲0型框撑结构的分析表明，构件受力情况与层间位移角的分布规律恰好相反。对于68层地王大厦结构分析表明，风荷载作用下结构第58层的有害层间位移角仅占名义层间位移角的1％左右，其名义层间位移远远超过规范的限值，但因有害层间位移角很小，受力构件不仅承载力和刚度满足要求，且不会出现受力裂缝，其较大的刚**移也不会影响到装修等非结构构件的正常使用。
顺便补充一句：有人说位移角也有对装修等非结构构件的正常使用其限制作用！那是否要先把钢结构层间位移角限值1/250改改？
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有害层间位移角实际解析
实际上，一般规则高层建筑结构受力最大的部位并不出现在结构上部楼层，而是在结构的底部几层，剪力墙的破坏和塑性铰区都是在结构底部，其原因是结构构件的有害层间变形由下至上逐渐减小，因此，规范要求对剪力墙底部受力较大的部位进行加强。可见，剪力墙结构的名义层间位移由下至上逐新增大，但有害层间位移由下至上逐渐减小，其有害层间位移的分布规律与结构的实际受力情况一致。
不可否认结构层间位移角由多部分组成，但从结构构件的损伤角度说明，很多部分的位移角成份均为刚**移，对结构的破坏并不起重要作用，而结构构件的有害层间变形才是决定结构是否破坏的关键因素！
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计算建议
根据以上分析，控制剪力増结构在水平荷载作用下的变形，可以通过以下几种方式来实现:①控制有害层间位移;②控制结构的顶点位移;③控制楼层转角。
以上对剪力墙结构有害层间位移的研究仅考虑了层间构件受力产生的位移也称受力层间位移。实际工程中当控制剪力墙结构的变形时，还应当考虑楼层刚**移对结构正常使用极限状态的影响。上部楼层过大的刚**移虽然不引起结构自身的破坏，但可能带来结构在竖向荷载作用的重力二阶效应的影响，间接导致结构破坏。为了控制结构上部楼层过大的刚**移带来的不利影响，可通过控制结构的顶点位移实现对楼层转角和刚**移的控制，并且引入二阶效应计算即可。
综合考虑各种因素的影响，采用有害层间位移和顶点位移两个参数来控制剪力墙结构的变形。其中，有害层间位移主要控制下部楼层的结构构件的受力变形;顶点位移主要控制上部楼层的刚体转角，以满足结构正常使用的要求和减小重力二阶效应的影响。尤其在进行结构非线性分析时，在水平荷载作用下通常只需考虑有害(受力)层间位移对剪力墙结构层间交形的控制;竖向荷载作用下，应当考虑刚**移对重力二阶效应的影响。
总结
在纯剪切型结构中，层间位移角等于有害位移角，而弯曲型、弯剪型结构层间位移角不等于有害位移角，并且引起结构破坏的关键是控制有害位移角，而对于刚体转角问题的控制，应是控制顶点位移。即采用 二阶效应计算 有害位移角控制 顶点位移控制 的策略即可较为清晰控制结构水平荷载带来的问题。
