高层建筑抗震设计中剪重比调整浅析

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摘要：结构抗震设计是高层建筑的重要内容，其基本的抗震设防三个水准目标是：小震不坏、中震可修、大震不倒。为实现三个水准的设防目标而采用了二阶段设计。对大多数的结构，可只进行第一阶段设计，再通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设计要求。第一阶段设计是承载力的验算，其中地震作用效应的调整是验算的前提。现以某实际工程为例，结合个人对《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的理解，对高层建筑混凝土结构抗震设计中剪重比的控制进行说明，为同类工程结构设计提供参考。

关键词：高层建筑；抗震设计；剪重比调整

0引言

高层建筑具有占地面积小、节约市政工程费用、节约拆迁费用等优点，因此在现代化建设中发展十分迅速。我国位于欧亚板块和太平洋板块边缘，历史上就是地震多发的国家，抗震设计成为了高层建筑结构设计中的重要组成部分，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(以下简称《抗规》)和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010对此进行了详细规定。地震作用下内力的调整是《抗规》“小震不坏”的一个重要环节，而剪重比满足《抗规》5.2.5条是结构后续抗震计算的前提，只有调整到符合最小剪力要求才能进行相应的地震倾覆力矩、构件内力、位移等的计算分析。下面以某实际工程为例，在结构各项整体指标满足现行规范的情况下，着重论述剪重比的计算与调整。

1工程概况与计算分析

某工程位于贵州省贵定县东外环东侧，敬老院北侧，场地所处位置为缓丘陵地带，经平场开挖后整体地势较平坦、开阔，地形起伏不大。其中2#楼为地下一层地上17层的高层住宅，采用钢筋混凝土剪力墙结构体系。查《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）表C.24，本区的地震设防烈度为7度，设计地震分组第一组，设计地震峰值加速度值为0.10g，属于建筑抗震一般地段。结构设计采用YJK软件，经判断结构不存在竖向不规则，建筑标准层平面图如图1所示。（1）前期结构试算时（模型1），根据地勘过程资料暂定场地类别为Ⅱ类，反应谱特征周期Tg=0.35s，剪重比的计算结果如表1所列。从表1可知，除地下室不做剪重比控制外的其他楼层，按《抗规》式（5.2.5）计算两个计算方向X、Y轴的剪重比均大于1.6%，满足《抗规》表5.2.5，7度0.1g下最小剪重比1.6%的要求，不需要做调整。（2）根据正式地勘详细资料场地类别判为Ⅰ1类，反应谱特征周期Tg=0.25s。在前期结构试算（模型1）基础上修改相应的场地条件信息（模型2），剪重比及调整系数的计算结果如表2所列。按《抗规》式（5.2.5）计算两个方向X、Y轴的剪重比，底部几层不满足。根据《抗规》5.2.5条文说明，只要底部总剪力不满足要求，则结构各楼层的剪力均需要调整，不能仅调整不满足的楼层。查YJK计算结果周期Tx=1.653s、Ty=1.7352s，均大于5Tg(1.25s)，结构基本周期位于反应谱的位移控制段，各楼层均需按底部剪力系数的差值△λ0增加该层的地震剪力△FEki＝△λ0GEi，现以X向底部1至3层及7层为例，计算地震剪力调整系数的取值：上述计算结果与YJK的调整系数基本吻合，同理，可以计算其余各层地震剪力调整系数。由表2可知：当结构基本周期位于反应谱的位移控制段，每层的调整系数会出现都不相同的情况。

2问题与思考

本文中采用的两个电算模型结构布置、质量和材料强度等参数均相同，不同之处仅为模型1场地类别为Ⅱ类，模型2场地类别判为Ⅰ1类，而得到剪重比的结果是模型1满足，模型2不满足。比较表1和表2：模型2特征周期Tg=0.25s小于模型1特征周期Tg=0.35s，相应的地震影响系数也小于模型1，继而在地震作用下得到的地震剪力也小于模型1。《抗规（GB50011-2010）统一培训教材》中指出，按楼层最小地震剪力系数对结构水平地震作用效应进行调整时应该注意，如果较多楼层的剪力系数不满足最小剪力系数要求（例如15%以上的楼层）、或底部楼层剪力系数小于最小剪力系数要求太多（例如小于85%），说明结构整体刚度偏弱（或结构太重），应调整结构体系，增强结构刚度（或减小结构重量），而不能简单采用放大楼层剪力系数的方法。假若模型2不能采用放大楼层剪力系数的方法，则只能增强结构刚度（拉长剪力墙、加强联肢墙或是新增剪力墙）。此时对比于模型1，会发现一个问题：即两个相同的结构模型，其中一个（模型2）因为所处的场地类别较好，地震力也小，却要布置比模型1更多的抗侧力构件来增强结构刚度以满足最小剪重比的要求。查看《抗规》式（5.2.5）可知剪重比计算只与结构重量、地震剪力相关，而最小地震剪力系数值也只与设防烈度关联而与场地类别无关，这就是问题所在。鉴于以上的分析和对比，本工程2#（模型2）采用放大楼层剪力系数的方法来调整最小地震剪力系数。

3结束语

出于结构安全考虑，控制最小剪重比是有必要的。由于地震影响系数在长周期段（大于5Tg）下降较快，地震动态作用中的地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响，规范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计，所以提出了对结构总体地震剪力及各楼层地震剪力最小值的要求。在现行规范下设计人员在控制最小剪力系数时，除了关注于结构整体刚度和质量外，还应该注意到场地类别的影响，特别是在场地类别判为Ⅰ类的情况。只有在清楚了外部条件和内在因素，并了解了它们之间相互影响的情况下，才能选对合适的调整方法，使结构设计安全经济。

参考文献

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[4]方鄂华编著.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计(第2版)[M].机械工业出版社，2014.

[5]钱稼茹,赵作周,叶列平编著.高层建筑结构设计(第二版)[M].中国建筑工业出版社,2012.

作者:陈长沌 单位:时代建筑设计院（福建）有限公司