高層建筑結構剪重比影響因素及抗震性能分析

呂曉冬

摘?要：本文針對高層建筑結構剪重比影響因素及抗震性能，結合理論實踐，在簡要闡述剪重比概念的基礎上，分析了影響高層建筑結構剪重比的主要因素，并提出提升高層建筑結構抗震性能的措施。分析結果表明，高層建筑結構剪重比對抗震性能的影響比較大，在具體設計和施工中，必須充分結合工程特性，重視剪重比，才能保證高層建筑結構的抗震性、安全性、穩定性等，值得高度重視。

關鍵詞：高層建筑;剪重比;影響因素;抗震性能

在高層建筑結構施工中受到的影響因素比較多，對施工質量、抗震性能有非常嚴格的要求。一旦遇到地震，就會對高層建筑上部結構造成較大影響，引發振動現象，也就是結構地震反應。在高層建筑結構達到抗震設計和施工中，必須高度重視剪重比，保證設計的科學性和合理性，避免地震時引發高層建筑結構位移，從而提升高層建筑結構的擴展性能?；诖耍_展高層建筑結構剪重比影響因素及抗震性能的分析和研究就顯得尤為必要。

1?剪重比的定義

在剪重比主要是作用是控制各樓層最小地震剪力，確保結構安全性。因此，高層建筑結構抗震設計中，必須高度重視剪重比，按照現行的規范的高層建筑結構抗震規范和標準，進行全方位的抗震驗算，保證所有樓層的水平剪力都滿足設計要求。高層建筑結構在長時間使用過程中，地震影響系數會逐步降低，通過地震影響系數曲線中清楚看出。因此，對設計使用年限比較舊的高層建筑結構而言，一旦遇到地震，會造成非常嚴重的破壞。此時，計算出來的地震影響系數多處于不安全狀態?，F有規范對水平地震剪力也有一定要求，對常規建筑框架結構而言，可按照實際的公式和經驗來估算出高層建筑結構周期，估算工時為T=（0.07～0.09）N，其中T為高層建筑結構周期，而N就高層建筑結構的樓層數量。

2?高層建筑結構剪重比影響因素

從地震影響系數曲線中可清楚看出，高層建筑結構的層數越高，則在水平地震影響系數系降低速度就越快，地震剪力就會越小，和人們的理論認知正好相反，比如對一個地震設防烈度為6度的高層建筑結構而言，框架結構規范中明確規定，最大的高度為60m，樓層最大層數也就只有15層左右，但全面很多高層建筑結構遠遠超過這一標準^[1]。從中可以看出，現行的《建筑抗震設計規范》對樓層的最大高度和地震剪力的規定是沒有必要的。剪重比控制的前提條件是有效質量系數，按照施工經驗可知，當高層建筑結構的有效質量系數超過0.9時，則基礎的剪力誤差通常在0.5%以下，因此，只有高層建筑結構的有效質量系數大于0.9，才具有良好的抗震性能。目前在高層建筑結構剪重比設計中，多采用SATWE軟件進行分析，通過此軟件，可自動計算參數并輸出，從而實現對剪重比的合理調整。在高層建筑結構設計中，如果剪重比不滿足，可按照不同工程條件進行分析解決，不能一味的增加結構剛度，更加不能一味的用SATWE軟件調整地震剪力降低結構的剛度。科學合理的控制是高層建筑結構抗震性設計中解決剪重比不足的主要方法。

3?提升高層建筑結構抗震性能的措施

3.1?進行科學合理的程序調整

在高層建筑結構抗震性能設計中，如果發現剪重比不足，可用SATWE程序進行調整，在調整信息中選擇“按抗震規范調整各樓層地震內力”，通過SATWE程序自動的功能，可按照《建筑抗震設計規范》中的相關規定^[2]。自動將樓層最小地質剪力系數直接乘以該層及以上重力荷載代表值的和，從而對該樓層的地震剪力進行有效調整，從而最大限度上滿足高層建筑結構抗震性能對剪重比的要求。此外，也可以進行人工調整，主要包括以下幾個方面：

第一，如果地震剪力比較小，層間側移角比較大時，說明高層建筑結構抗震性能不足，結構過柔，此時可通過加大墻面、柱墻面的方法來提升高層建筑結構的剛度，保證高層建筑對抗震性能的要求。

第二，如果地震剪力比較大，層間側移角比較小時，表明高層建筑結構的剛度過大，此時可適當減小墻面和柱截面，以降低高層建筑結構的剛度，在保證抗震性的基礎上，滿足經濟技術指標的的要求。

第三，如果地震剪力比較小，側移角恰當時，可通過SATWE程序進行調整，在“調整信息”中的“全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]。當通過結構計算軟件SATWE程序計算，發現自動調整系數處于1.2～1.3間時，說明結構平面布置出現了不合理的情況，應及時調整結構平面和豎向布置，降低地震剪力的自動調整系數。一般應使調整后的地震剪力調整系數小于1.2，才能保證結構平面相對合理。

3.2?合理放大剪力

為滿足高層建筑工程對抗震性能的要求，可適當放大各樓的地震剪力，從而滿足對剪重比的要求，促使剪重比達到限制，從而最大限度提升高層建筑結構和各樓層的抗震性能，也可以有效保證飛樓層的抗剪承載力，從而提升高層建筑結構抗震性能。

3.3?提高結構剛度

在高層建筑工程建設中，科學合理的提升結構剛度，可有效減少結的基本周期，主要機理是通過提升判別值的方法，促使剪重比能夠到達設計要求。但此種調整方法，和高層建筑工程抗震設計的基本理念有所不同。因為，要確定結構的形式和高度還有質量和剛度的分布情況本來就要花費很大的時間去設計，還要經過反復的驗證和比較最后才有一個大致的模型^[4]。所以，此種情況下，對結構剛度的調整難度比較大，這就需要對之前的工程進行重新計算和估量，會造成較大資源的無辜浪費，從而高層建筑結構的相關理論入手進行分析，結合工程實際情況，對剪重比進行合理調整，從而最大限度提升高層建筑工程的抗震性能。

4?結語

綜上所述，本文結合理論實踐，分析了高層建筑結構剪重比影響因素及抗震性能，分析結果表明，剪重比對高層建筑結構抗震性能的影響比較大，為提升抗震性能，必須結合工程特性和現場實際情況，合理調整剪重比，在滿足高層建筑結構對剛度、安全性、穩定性要求的基礎上，全面提升抗震性能。

參考文獻：

[1]魏璉，韋承基，王森.高層建筑結構抗震設計中的剪重比問題[J].深圳土木與建筑，2013，000（003）：P.16-20.

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