剪重比不足時的調(diào)整方法

白成程

摘 要：簡單論述了剪重比控制的重要性，分析了剪重比不滿足規(guī)范要求的原因，總結(jié)了設(shè)計時調(diào)整方法。

關(guān)鍵詞：剪重比；側(cè)移剛度；地震剪力；平動系數(shù)

中圖分類號：TB

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：16723198（2015）20021801

剪重比是結(jié)構(gòu)計算時的一個重要控制指標(biāo)，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010第5.2.5條對其作了詳細(xì)的規(guī)定。條文解釋強調(diào)：（1）當(dāng)?shù)撞靠偧袅ο嗖钶^多時，結(jié)構(gòu)的選型和總體布置需重新調(diào)整，不能僅采用乘以增大系數(shù)方法處理。（2）只要底部總剪力不滿足要求，則結(jié)構(gòu)各樓層的剪力均需要調(diào)整，不能僅調(diào)整不滿足的樓層。（3）滿足最小地震剪力是結(jié)構(gòu)后續(xù)抗震計算的前提，只有調(diào)整到符合最小剪力要求才能進行相應(yīng)的地震傾覆力矩、構(gòu)件內(nèi)力、位移等等的計算分析；即意味著，當(dāng)各層的地震剪力需要調(diào)整時，原先計算的傾覆力矩、內(nèi)力和位移均需要相應(yīng)調(diào)整。（4）采用時程分析法時，其計算的總剪力也需符合最小地震剪力的要求。（5）本條規(guī)定不考慮阻力比的不同，是最低要求，各類結(jié)構(gòu)，包括鋼結(jié)構(gòu)、隔震和消能減震結(jié)構(gòu)均需一律遵守。由以上5條說明可以看出剪重比計算指標(biāo)的重要性，但是計算模經(jīng)常會遇著剪重比不滿足要求的情況，當(dāng)其不滿足規(guī)范要求時就應(yīng)該進行必要的調(diào)整。

對于需調(diào)整樓層層數(shù)較少（建議為不超過樓層總數(shù)的1/10，也有文章建議為1/3），且“剪重比”與規(guī)范限值相差不大（不小于規(guī)范限值的80%，或地震剪力調(diào)整系數(shù)不大于1.2），可通過地震力放大系數(shù)來滿足規(guī)范要求。當(dāng)剪重比不滿足的層數(shù)較多時說明結(jié)構(gòu)布置不合理，需作調(diào)整。我們首先想到的調(diào)整方法是對結(jié)構(gòu)剛度進行加大，進而加大地震剪力，計算結(jié)果是剪重比不足的樓層并沒有太大的變化，有時反而有所減小。根據(jù)抗規(guī)條文解釋，結(jié)構(gòu)剪重比的要求是基于“振型分解反應(yīng)譜法”在結(jié)構(gòu)基本周期大于3.5s時，計算水平地震作用可能偏小的情況，為保證結(jié)構(gòu)的安全而考慮的。這并不是簡單的局部剛度或承載能力不足的問題，而是規(guī)范針對上述情況對“振型分解反應(yīng)譜法”的修正，即規(guī)定了水平地震作用的最小值。通過對具體結(jié)構(gòu)的分析，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增大結(jié)構(gòu)整樓的側(cè)移剛度時，結(jié)構(gòu)的基本周期剛度減小，水平地震作用增大。同時，因為結(jié)構(gòu)剛度的增大，使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量也有增加，致使結(jié)構(gòu)的“剪重比”變化不大。特別是在高烈度區(qū)或受建筑方案的限制，僅能加厚剪力墻的墻厚或加設(shè)小短墻時，結(jié)構(gòu)質(zhì)量增加的比例可能大于水平地震作用的增大比例，反而可能導(dǎo)致剪重比的減小。因此，當(dāng)抗側(cè)移構(gòu)件布置數(shù)量本身不少時只加大結(jié)構(gòu)的剛度，效果不大，反而導(dǎo)致造價的大幅度增加。

下面我們通過PKPM計算結(jié)果我們可以找出剪重比不足的原因，我們結(jié)合規(guī)范對SATWE計算結(jié)果參數(shù)進行分析。SATWE周期、地震力與振型輸出文件中考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時的振動周期（秒）、X，Y方向的平動系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)振型號表達(dá)示例見表1。

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010第3.4.5條規(guī)定結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期Tl之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結(jié)構(gòu)及本規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于085。實際設(shè)計時結(jié)構(gòu)的第一、第二振型宜為平動，且平動系數(shù)宜大于0.8，扭轉(zhuǎn)周期宜出現(xiàn)在第三振型，以滿足高規(guī)7.1.1條條文要求的結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的動力特性宜相近。結(jié)構(gòu)的剛度與對應(yīng)周期大小成反比關(guān)系，即剛度越大周期越小，剛度越小周期越大。不同結(jié)構(gòu)類型的建筑都可以根據(jù)其層數(shù)和高度估算出X向與Y向的第一平動周期，可根據(jù)周期大小看出結(jié)構(gòu)剛度大小是否合適。如周期大小和第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期Tl之比均合適，而剪重比不足的樓層數(shù)還較多，這時一般平動系數(shù)（X+Y）值較小或平動系數(shù)組成中X+Y兩個指標(biāo)均較小，轉(zhuǎn)角角度與X向或Y向夾角相對較大。SATWE計算兩個方向地震力時分別按各振型作用下X向和Y向的基底剪力與平動系數(shù)中（X+Y）對應(yīng)系數(shù)相乘相加。剪重比不滿足向地震剪力因存在分量而被削弱，進而導(dǎo)致剪重比不足，從結(jié)構(gòu)整體空間振動簡圖中也可以看出倪端。一個好的計算模型應(yīng)控制平動系數(shù)（X+Y）中有一指標(biāo)大于0.9，此時剪重比一般可滿足規(guī)范要求，且配筋和位移角較為合理，否則，即便剪重比滿足要求也會有構(gòu)件配筋較大或雙向地震作用下位移角較小。

至于平動系數(shù)（X+Y）調(diào)整方法，一般應(yīng)X向與Y向抗側(cè)力構(gòu)件同時作調(diào)整，加大扭轉(zhuǎn)剛度，X向與Y剛度一向加大時，另一向剛度應(yīng)減小，同時加大或同時減小時效果不大。

以上調(diào)整方法適用于普通建筑，當(dāng)結(jié)構(gòu)中有開設(shè)大洞，有較多的自由懸臂構(gòu)件，錯層結(jié)構(gòu)模型輸入方法不當(dāng)?shù)鹊纫矔绊懙卣鸺袅Φ挠嬎悖M而影響剪重比的計算結(jié)果。設(shè)計時應(yīng)對癥下藥，采取合適的處理措施。

總之，剪重比是結(jié)構(gòu)布置合理性的重要體現(xiàn)，工程設(shè)計中應(yīng)其指標(biāo)嚴(yán)格控制，以達(dá)到滿足結(jié)構(gòu)的安全合理。

參考文獻

[1]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ 3-2010）[S].

[2]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010）[S].