高層建筑結構抗震設計中的剪重比問題

黑龍江省建筑設計研究

摘要：科學技術的不斷發展，推動了建筑技術的快速發展，這讓人們對建筑功能需求和審美需求都有較高的要求，現代建筑也更多地向高層建筑邁進，建筑高度的記錄也在逐漸上漲，這就與建筑結構的穩定性的要求來說也就更高了，但是在高層建筑結構抗震設計中要特別注意相關的參數計算，這對于建筑結構中剪重比設計有著直接的影響，也和建筑結構布置的經濟性以及合理性有著較大關系，所以在進行建筑單位要對這方面的問題有所重視。本文分析了高層建筑結構在抗震設計時有關剪重比問題的設計規范。

關鍵詞：高層建筑結構；剪重比；抗震設計

建筑結構基礎是很容易受到外界因素震動影響的，尤其有地震災害發生的時候，會對建筑的上部結構帶來嚴重影響，從而讓建筑結構有振動現象產生，人們將這種現象叫做結構地震反應。在進行高層建筑結構抗震設計的時候，要特別注意其結構立面、平面以及豎向剖面等部位的抗震性能設計，要讓其設計的有較高的合理性，這樣也就不會讓建筑結構出現位移等情況，建筑結構中各個層面的剛度比，還有豎向構件的剪重比以及的剛重比也就能達到規定的延性指標，從而讓建筑結構抗震性能安全保證。

一、剪重比介紹

在建筑結構的抗震設計中，剪重比是非常重要的參數的，依據規定的抗震規范，在進行抗震驗算的時候，建筑結構中所有樓層的水平剪應力都要達到規定計算公式要求，之所以將其稱之為規范，主要是建筑結構在長時間應用中，會讓地震影響系數急速下降，這個從相關的地震影響系數曲線中就能夠看出來。對于使用周期較長的建筑結構來說，在地震動態作用下，它受到的位移作用以及地面加速度帶來的破壞力更大，在這個時期計算出來的地震影響系數是出于不安全狀態的，所以這個規范對于水平地震剪力要求來說也是有一定要求的。要是對常規的建筑框架結構來說，可以依據經驗公式去估算結構周期，也就是T =（0.07--0.09）N，其中N就是普通框架結構中的樓層數，要是建筑工程場地是一類，則結構周期計算也就可以依據公式去計算。

我們可以從地震的影響系數曲線中知道，建筑框架結構的層數越高，那么其水平地震影響系數也就會越快的下降，從而樓層水平地震剪力也就越來越小。這和我們想象中的結果是不一樣的，我們所想象的是樓層越多，結構受到地震力也就會越大，這和實際情況是完全相反的。如果框架結構的高度最大是60米，那么樓層數也就是在15層，這也能反映出來，樓層最不水平地震剪力的規范標準，還有規定的 對大高度框架結構是非常有必要的。要是這兩條規定不存在，那么在計算框架結構地震剪力上也就會有錯誤的，所以說應該對設定的規定都要明確了解，這也是建筑設計師首要掌握的專業素養，這樣也能轉卻把握結構抗震的安全性。

二、剪重比的調整

1、通過程序調整。當剪重比偏不但與規范限值相差不大時，可以按下列方法之一進行調整：①在SATWE的“調整信息”中勾選。按“抗震規范調整各樓層地震內力”，SATWE按抗規自動將樓層最不地震剪力系數直接乘以該層及以上重力荷載代表值之和，用以調整該樓層地震剪力，以滿足剪重比要求。②在SATWE的“調整信息”中的“個樓地震作用放大系數”中輸入大于1的系數，增大地震作用，以滿足剪重比要求。③在SATWE的“地震信息”中的“周期折減系數”中適當減不系數，增大地震作用，以滿足剪重比要求。

2、人上調整：當剪重比與規范限值相差較大時。①當地震剪力偏不而層間側移又偏大時，說明結構過柔，宜適當加大墻、柱截面，提高剛度。②當地震剪力偏大而層間側移又偏不時，說明結構過剛，宜適當減不墻、柱截面，降低剛度以取得合適的經濟技術指標。

3、對于剪重比從抗震規范的條文說明中我們更應該注意。①當底部總剪力相差較多時，結構的選型和總體布置需重新調整，不能僅采用乘以增大系數的方法處理。②只要底部總剪力不滿足要求，則結構各樓層的剪力均需要調整，不能僅調整不滿足的樓層。③滿足最不地震剪力是結構后續抗震計算的前提，只有調整到符合最不剪力要求才能進行相應的地震傾覆力矩、構件內力、位移等等的計算分析；即意味著，當各層的地震剪力需要調整時，原先計算的傾覆力矩、內力和位移均需要相應調整。

三、工程案例

某超限高層為框筒結構，共55層，總高度為258m，抗震設防烈度為7度，場地類別為II類，設計地震分組為第一組。結構基本周期為5.80S，結構總重量為16750440kN，計算取15個振型，其有效質量系數為96%，水平地震影響系數a=0.0123，規范規定的剪重比限值為1.20%。在不考慮周期折減時，X方向的基底剪力為15623kN，以X方向振動為主的第1振型對應的基底剪力為14150kN，第1振型的剪力比為90.56%，相應的第1振型參與質量比為68.54%。代入公式，得出結果，即結構不滿足規范剪重比限值的要求。計算得X方向1-15層的剪重比為0.93%-1.18%，這些樓層均不滿足規范-剪重比限值的要求。并求得結構底層剪重比為0.93%，與計算所得結果一致。

1、采用增大結構剛度的方法對剪力墻做如下調整。

將厚400mm的墻加厚至600mm；將厚250，200mm的墻加厚至300mm。在不考慮周期折減時，將結構基本周期由5.80S減不為5.63S，結構的總重量增大為1702182kN，水平地震影響系數a=0.0122，有效質量系數為96%，第1振型的剪力比為90.49%，第1振型參與質量比為68.87%，規范規定的剪重比限值為1.20%。將以上數值代入公式，得出結構還是不滿足規范剪重比限值的要求。計算得到X方向1-15層的剪重比為0.95%-1.19%，這些樓層仍不滿足規范-剪重比限值的要求?？梢姡雍窦袅Φ母倪M效果很有限，欲通過調整結構剛度或重量使結構滿足規范剪重比限值的要求是十分困難的。

2、采用周期折減的方法?？紤]周期折減系數為0.85，計算得X方向1-7層的剪重比為1.09%-1.19%，這些樓層不滿足規范剪重比限值的要求。再考慮周期折減系數為0.8，計算得X方向1-4層的剪重比為1.10%-1.18%，仍有4個樓層的剪重比不滿足規范剪重比限值的要求，但己有明顯的改善，此時再對不滿足規范剪重比限值要求的樓層采取放大層剪力的方法解決。

四、結論

高層建筑結構受到樓層高度的限制，在抗震設計上是有一定難度的，但這也是高層建筑中相當重要的設計工作，所以在抗震設計中要特別注意剪重比的限值問題，要讓每個樓層的剪力都達到規定的限值，這樣的話高層建筑結構有就會有較高的安全度，也就能讓建筑減震設計不被破壞，結構的安全性有所保證。對于超高層建筑來說，有很多底部樓層的剪重比都和規定的限值有所差距，尤其是的一類場地和二類場地中比較常見，所以在規范剪重比的時候，還要將場類別這一影響因素考慮在其中，從而對設計原理有所掌握，讓高層建筑結構有著較好的抗震性能。

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