淺析高層建筑抗震設計中剪重比的調整

陳長沌

（時代建筑設計院（福建)有限公司，福建 350013)

0 引言

高層建筑具有占地面積小、節約市政工程費用、節約拆遷費用等優點，因此在現代化建設中發展十分迅速。我國位于歐亞板塊和太平洋板塊邊緣，歷史上就是地震多發的國家，抗震設計成為了高層建筑結構設計中的重要組成部分，《建筑抗震設計規范》GB50011-2010(以下簡稱《抗規》)和《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010 對此進行了詳細規定。地震作用下內力的調整是《抗規》“小震不壞”的一個重要環節，而剪重比滿足《抗規》5.2.5 條是結構后續抗震計算的前提，只有調整到符合最小剪力要求才能進行相應的地震傾覆力矩、構件內力、位移等的計算分析。下面以某實際工程為例，在結構各項整體指標滿足現行規范的情況下，著重論述剪重比的計算與調整。

1 工程概況與計算分析

某工程位于貴州省貴定縣東外環東側，敬老院北側，場地所處位置為緩丘陵地帶，經平場開挖后整體地勢較平坦、開闊，地形起伏不大。其中2#樓為地下一層地上17 層的高層住宅，采用鋼筋混凝土剪力墻結構體系。查《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015）表C.24，本區的地震設防烈度為7 度，設計地震分組第一組，設計地震峰值加速度值為0.10g，屬于建筑抗震一般地段。結構設計采用YJK 軟件，經判斷結構不存在豎向不規則，建筑標準層平面圖如圖1 所示。

圖1 建筑標準層平面圖

（1）前期結構試算時（模型1），根據地勘過程資料暫定場地類別為Ⅱ類，反應譜特征周期，剪重比的計算結果如表1 所列。

表1 剪重比的計算結果

從表1 可知，除地下室不做剪重比控制外的其他樓層，按《抗規》式（5.2.5）計算兩個計算方向X、Y 軸的剪重比均大于1.6%，滿足《抗規》表5.2.5，7 度0.1g 下最小剪重比1.6%的要求，不需要做調整。

（2）根據正式地勘詳細資料場地類別判為Ⅰ1 類，反應譜特征周期0.25s。在前期結構試算（模型1）基礎上修改相應的場地條件信息（模型2），剪重比及調整系數的計算結果如表2 所列。

表2 剪重比及調整系數的計算結果

按《抗規》式（5.2.5）計算兩個方向X、Y 軸的剪重比，底部幾層不滿足。根據《抗規》5.2.5 條文說明，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。查YJK 計算結果周期均大于，結構基本周期位于反應譜的位移控制段，各樓層均需按底部剪力系數的差值增加該層的地震剪力，現以X 向底部1 至3 層及7 層為例，計算地震剪力調整系數的取值：

上述計算結果與YJK 的調整系數基本吻合，同理，可以計算其余各層地震剪力調整系數。由表2 可知：當結構基本周期位于反應譜的位移控制段，每層的調整系數會出現都不相同的情況。

2 問題與思考

本文中采用的兩個電算模型結構布置、質量和材料強度等參數均相同，不同之處僅為模型1 場地類別為Ⅱ類，模型2 場地類別判為Ⅰ1 類，而得到剪重比的結果是模型1 滿足，模型2 不滿足。比較表1 和表2：模型2 特征周期小于模型1 特征周期，相應的地震影響系數也小于模型1，繼而在地震作用下得到的地震剪力也小于模型1。《抗規（GB50011-2010）統一培訓教材》中指出，按樓層最小地震剪力系數對結構水平地震作用效應進行調整時應該注意，如果較多樓層的剪力系數不滿足最小剪力系數要求（例如15%以上的樓層）、或底部樓層剪力系數小于最小剪力系數要求太多（例如小于85%），說明結構整體剛度偏弱（或結構太重），應調整結構體系，增強結構剛度（或減小結構重量），而不能簡單采用放大樓層剪力系數的方法。假若模型2 不能采用放大樓層剪力系數的方法，則只能增強結構剛度（拉長剪力墻、加強聯肢墻或是新增剪力墻）。此時對比于模型1，會發現一個問題：即兩個相同的結構模型，其中一個（模型2）因為所處的場地類別較好，地震力也小，卻要布置比模型1 更多的抗側力構件來增強結構剛度以滿足最小剪重比的要求。查看《抗規》式（5.2.5）可知剪重比計算只與結構重量、地震剪力相關，而最小地震剪力系數值也只與設防烈度關聯而與場地類別無關，這就是問題所在。鑒于以上的分析和對比，本工程2#（模型2）采用放大樓層剪力系數的方法來調整最小地震剪力系數。

3 結束語

出于結構安全考慮，控制最小剪重比是有必要的。由于地震影響系數在長周期段（大于）下降較快，地震動態作用中的地面運動速度和位移可能對結構的破壞具有更大影響，規范所采用的振型分解反應譜法尚無法對此作出估計，所以提出了對結構總體地震剪力及各樓層地震剪力最小值的要求。在現行規范下設計人員在控制最小剪力系數時，除了關注于結構整體剛度和質量外，還應該注意到場地類別的影響，特別是在場地類別判為Ⅰ類的情況。只有在清楚了外部條件和內在因素，并了解了它們之間相互影響的情況下，才能選對合適的調整方法，使結構設計安全經濟。