淺析高層建筑抗震設計中剪重比的調(diào)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(jié)約市政工程費用、節(jié)約拆遷費用等優(yōu)點，因此在現(xiàn)代化建設中發(fā)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(fā)的國家，抗震設計成為了高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的重要組成部分，《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010(以下簡稱《抗規(guī)》)和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010 對此進行了詳細規(guī)定。地震作用下內(nèi)力的調(diào)整是《抗規(guī)》“小震不壞”的一個重要環(huán)節(jié)，而剪重比滿足《抗規(guī)》5.2.5 條是結(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的地震傾覆力矩、構(gòu)件內(nèi)力、位移等的計算分析。下面以某實際工程為例，在結(jié)構(gòu)各項整體指標滿足現(xiàn)行規(guī)范的情況下，著重論述剪重比的計算與調(diào)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(huán)東側(cè)，敬老院北側(cè)，場地所處位置為緩丘陵地帶，經(jīng)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(jié)構(gòu)體系。查《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）表C.24，本區(qū)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(jié)構(gòu)設計采用YJK 軟件，經(jīng)判斷結(jié)構(gòu)不存在豎向不規(guī)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(jié)構(gòu)試算時（模型1），根據(jù)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(jié)果如表1 所列。

表1 剪重比的計算結(jié)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(guī)》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(guī)》表5.2.5，7 度0.1g 下最小剪重比1.6%的要求，不需要做調(diào)整。

（2）根據(jù)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(jié)構(gòu)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(diào)整系數(shù)的計算結(jié)果如表2 所列。

表2 剪重比及調(diào)整系數(shù)的計算結(jié)果

按《抗規(guī)》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(jù)《抗規(guī)》5.2.5 條文說明，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。查YJK 計算結(jié)果周期均大于，結(jié)構(gòu)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(shù)的差值增加該層的地震剪力，現(xiàn)以X 向底部1 至3 層及7 層為例，計算地震剪力調(diào)整系數(shù)的取值：

上述計算結(jié)果與YJK 的調(diào)整系數(shù)基本吻合，同理，可以計算其余各層地震剪力調(diào)整系數(shù)。由表2 可知：當結(jié)構(gòu)基本周期位于反應譜的位移控制段，每層的調(diào)整系數(shù)會出現(xiàn)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(jié)構(gòu)布置、質(zhì)量和材料強度等參數(shù)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(jié)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(shù)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(guī)（GB50011-2010）統(tǒng)一培訓教材》中指出，按樓層最小地震剪力系數(shù)對結(jié)構(gòu)水平地震作用效應進行調(diào)整時應該注意，如果較多樓層的剪力系數(shù)不滿足最小剪力系數(shù)要求（例如15%以上的樓層）、或底部樓層剪力系數(shù)小于最小剪力系數(shù)要求太多（例如小于85%），說明結(jié)構(gòu)整體剛度偏弱（或結(jié)構(gòu)太重），應調(diào)整結(jié)構(gòu)體系，增強結(jié)構(gòu)剛度（或減小結(jié)構(gòu)重量），而不能簡單采用放大樓層剪力系數(shù)的方法。假若模型2 不能采用放大樓層剪力系數(shù)的方法，則只能增強結(jié)構(gòu)剛度（拉長剪力墻、加強聯(lián)肢墻或是新增剪力墻）。此時對比于模型1，會發(fā)現(xiàn)一個問題：即兩個相同的結(jié)構(gòu)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(cè)力構(gòu)件來增強結(jié)構(gòu)剛度以滿足最小剪重比的要求。查看《抗規(guī)》式（5.2.5）可知剪重比計算只與結(jié)構(gòu)重量、地震剪力相關，而最小地震剪力系數(shù)值也只與設防烈度關聯(lián)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(shù)的方法來調(diào)整最小地震剪力系數(shù)。

3 結(jié)束語

出于結(jié)構(gòu)安全考慮，控制最小剪重比是有必要的。由于地震影響系數(shù)在長周期段（大于）下降較快，地震動態(tài)作用中的地面運動速度和位移可能對結(jié)構(gòu)的破壞具有更大影響，規(guī)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(jié)構(gòu)總體地震剪力及各樓層地震剪力最小值的要求。在現(xiàn)行規(guī)范下設計人員在控制最小剪力系數(shù)時，除了關注于結(jié)構(gòu)整體剛度和質(zhì)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(nèi)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(diào)整方法，使結(jié)構(gòu)設計安全經(jīng)濟。