地震剪力系數的控制和調整

曲 秀 麗

(中化二建集團有限公司，山西 太原 030021)

地震剪力系數的控制和調整

曲 秀 麗

(中化二建集團有限公司，山西 太原 030021)

結合實踐經驗，歸納了在計算地震剪力系數時，地震剪力計算應考慮的因素，總結了地震剪力系數不滿足規范規定的最小值要求時的調整方法，最后探討了調整地震剪力時應注意的問題，以供參考。

地震剪力系數，地震剪力，基本自振周期

地震剪力系數λ俗稱剪重比，為樓層地震剪力標準值與對應的重力荷載代表值的比值，主要為限制各樓層的最小水平地震剪力，是結構抗震設計主要的控制指標之一。

由《建筑抗震設計規范》圖5.1.5及《高層建筑混凝土結構技術規程》圖4.3.8地震影響系數曲線圖可知，地震影響系數在長周期段下降較快。對于T>3 s的結構，由此計算所得的水平地震作用下的結構效應可能過小偏于不安全，但對于周期較長的結構，地震引起的地面運動速度和位移反而對結構的破壞可能有更大的影響。但規范所采用的振型分解反應譜法對此影響尚未能做出合理估計的方法。

筆者通過學習結構設計大師們的專業著作和自己多年的設計實踐，對剪重比控制計算時，地震剪力計算需要考慮的因素及剪重比不滿足規范最小值要求當如何進行調整，進行了歸納總結和大家共同學習和探討。

為述及方便，下文將《建筑抗震設計規范》簡稱為《抗規》，將《高層建筑混凝土結構技術規程》簡稱為《高規》。

1 剪重比計算時，地震剪力計算應考慮的因素

《抗規》5.2.5條要求：

Veki>λ∑Gj。

其中,Veki為第i層對應于水平地震作用標準值的樓層剪力；Gj為第j層的重力荷載代表值；λ為剪力系數，不應小于λmin，λmin值詳見《抗規》表5.2.5或《高規》表4.3.12。

樓層地震剪力計算結果尚應根據不同情況分別考慮以下因素進行調整后，進行剪重比的計算。

1)結構薄弱層地震剪力應乘增大系數。

剛度變化、承載力變化及豎向構件的連續性，符合《抗規》表3.4.3-2中豎向不規則類型的樓層統稱為結構薄弱層。

《抗規》第3.4.4-2條要求對“平面規則但豎向不規則的建筑，在剛度小的樓層的地震剪力應乘以不小于1.15的增大系數”。筆者理解“剛度小的樓層”為《抗規》表3.4.3-2中“側向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%的樓層”。

同樣對于豎向不規則結構，《高規》3.5.8條要求結構薄弱層地震剪力均應乘以1.25的增大系數，并不僅限于剛度小的樓層。應注意兩本規范的不同。

由此調整后的地震剪力計算的地震剪力系數應大于1.15倍的λmin。

2)采用底部剪力法計算地震作用時凸出屋面的小建筑的地震剪力應考慮增大。

由于凸出屋面的小建筑的質量和剛度突然減小，鞭端效應顯著，其地震剪力宜考慮乘以3的增大系數。《抗規》5.2.4條及《高規》C.0.3條均對此有所規定，此增大部分的地震剪力僅用于凸出屋面的小建筑本身及與其直接相連接的主體構件，不再向下傳遞。

底部剪力法是結構抗震設計計算的一種簡化方法。隨著計算機的普及應用，底部剪力法在實際工程中的應用越來越少，但其概念簡單清晰，在方案和初步設計階段常常用到，因此正確理解底部剪力法還是非常有必要的。

3)剛性地基假定計算的地震剪力的折減。

《抗規》5.2.7條規定，抗震計算時，抗震設防烈度8度，9度的建于Ⅲ，Ⅳ場地，基礎形式采用箱基、剛性較好的筏基和樁箱聯合基礎的鋼筋混凝土高層建筑，當其結構自振周期在1.2Tg～5Tg范圍時，如果考慮地基與結構動力相互作用的影響，由于剛性地基分析的水平地震作用在1.2Tg～5Tg范圍內有明顯的折減，故對采用剛性地基假定計算的水平地震剪力可按《抗規》5.2.7條規定進行折減，折減后的地震剪力也應滿足最小地震剪力系數要求。

但由于考慮到地震作用的復雜性和不確定性，以及我國的地震作用與國外相比取值還較小，偏于安全考慮，一般情況下可按剛性地基假定計算，不考慮地基與上部結構的相互作用影響，故這一折減僅在必要時進行。

4)底框結構的底框部分地震剪力的調整。

底部框架—抗震墻結構是我國現有經濟條件下的特有的結構形式，由兩種抗震性能不同的材料混合承重，屬于側向剛度變化很大，傳力不直接的不規則結構，結構體系極不合理，故規范采取增大底層的地震作用效應以減少底層的薄弱程度。

《抗規》7.2.4條規定對此類結構的底層和底部兩層的地震剪力均應乘以1.2～1.5的增大系數，可根據與上部剛度比值的大小來確定增大系數，剛度比大的增大系數取大值，剛度比小的取小值。此條規定的調整是對結構底部總剪力的調整，底部抗震墻應能承擔經調整后的結構全部地震剪力并滿足地震剪力系數最小值的要求。

2 λ值不滿足λmin值要求時的調整方法

只有滿足最小地震剪力要求，才能進行地震傾覆力矩、構件內力和位移等結構后續抗震計算，地震影響系數曲線見圖1。

《抗規》5.2.5條條文說明明確的調整方法總結如下：

1)結構底部總地震剪力略小，而中、上部樓層均滿足最小值的情況的調整方法。

a.當T≤Tg,即結構的基本周期處于加速度控制段時，各樓層均乘以相同的增大系數η，η應不小于《抗規》表5.2.5中λmin與調整前計算得的λ值的比值，使其調整后的底部總地震剪力滿足地震剪力系數最小值的要求，η一般不應大于1.15。

b.T>5Tg，即結構基本自振周期處于位移控制段時，各樓層均需按底部的地震剪力系數的差值Δλ0增加該層的地震剪力，增加后的地震剪力為Veki′。

Veki′=Veki+Δλ0Veki。

Δλ0=λmin-λ調整前。

c.Tg

2)若超過15%以上樓層的地震剪力系數不滿足最小值要求，或底部總剪力相差較多時，說明該結構在選型或平立面布置等不合理，應對結構選型和結構布置進行重新調整，不能單純采用增大系數的方法進行處理。

3 調整地震剪力應注意的問題

1)當采用時程分析方法進行補充計算時，總地震剪力也應滿足最小地震剪力要求。

2)《抗規》5.2.5條文解釋明確5.2.5條的規定不考慮阻尼比的要求是最低要求，各類結構均需遵守此條規定。

3)當高層結構的設計水平力較小計算的λ<0.02時，雖然其層間位移角滿足規范限值要求，但其剛度有可能不滿足《高規》5.4.4條結構整體穩定性的要求，對此也應調整增大其結構抗側剛度使其滿足結構的穩定性要求，調整后的計算結果也應滿足地震剪力系數最小值要求。

4 結語

若底部總地震剪力不滿足地震剪力系數最小值要求時，說明結構的總側向剛度偏小，無論各樓層是否滿足地震剪力系數最小值要求，各樓層均應調整，不能僅僅調整不滿足的樓層。滿足最小地震剪力要求是結構后續計算的前提，只有在調整到滿足最小地震剪力的要求，方能進行結構的后續抗震計算。隨著計算程序的普遍應用，雖然程序可以進行調整但可以人工干預，只有對剪重比概念和影響因素了然于心，才能合理的控制和調整。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范(2016年版)[S].

[2] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[3] 朱炳寅.高層建筑混凝土結構技術規程應用與分析：JGJ 3—2010[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[4] 朱炳寅.建筑抗震設計規范應用與分析：GB 50011—2010[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[5] 張維斌.混凝土結構設計問答[M].北京：中國建筑工業出版社，2014.

The control and adjustment of seismic shear coefficient

Qu Xiuli

(ChinaChemicalEngineeringSecondConstructionCorporation,Taiyuan030021,China)

Combining with the practical experience, this paper summarized the factors should be considered in seismic shear calculation in seismic shear coefficient calculation, summarized the adjustment method of seismic shear coefficient did not meet the minimum specification requirements, finally discussed the matters should pay attention to in seismic shear adjustment, for reference.

seismic shear coefficient, seismic shear, basic natural vibration cycle

1009-6825(2017)22-0039-03

2017-05-24

曲秀麗(1977- )，女，工程師，一級注冊結構工程師

TU311.3

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