弯剪型高层建筑结构刚重比修正方法

弯剪型高层建筑结构刚重比修正方法

张辰

湖北立聚建筑工程有限公司  湖北 襄阳  441400

摘要：对于长周期结构，采用振型分解反应谱法计算时，地震影响系数较小，因此规范对水平地震剪力有最小值要求。文章首先阐述剪重比的概念，然后探究场地类别、周期折减系数对剪重比值大小的影响，最后结合具体工程案例，以处理剪重比不符合规范限值的问题，有针对性的调整了结构截面，希望能分享结构抗震设计中的经验与处理方法。

关键词：弯剪型高层建筑结构；抗震设计；剪重比；调整方法

引言：地震波的作用下出现地面运动，通过房建基础对上部结构形成一定影响，使结构出现的振动被叫做结构的地震反应，地震作用、地面运动属性及弯剪型高层建筑自身的动力特性均影响着以上反应程度[1]。弯剪型高层建筑抗震设计实践中，应依照抗震概念设计的要求，关注平面、立面、竖向剖面的对称性及对抗震性能及其成本形成的影响，其中剪重比被公认是控制弯剪型高层建筑结构安全性的一项重要指标。

一、剪重比介绍

在建筑结构的抗震设计中，剪重比是非常重要的参数的，依据规定的抗震规范，在进行抗震验算的时候，建筑结构中所有楼层的水平剪应力都要达到规定计算公式要求，之所以将其称之为规范，主要是建筑结构在长时间应用中，会让地震影响系数急速下降，这个从相关的地震影响系数曲线中就能够看出来。对于使用周期较长的建筑结构来说，在地震动态作用下，它受到的位移作用以及地面加速度带来的破坏力更大，在这个时期计算出来的地震影响系数是出于不安全状态的，所以这个规范对于水平地震剪力要求来说也是有一定要求的。要是对常规的建筑框架结构来说，可以依据经验公式去估算结构周期，也就是T =（0.07--0.09）N，其中N就是普通框架结构中的楼层数，要是建筑工程场地是一类，则结构周期计算也就可以依据公式去计算。
        我们可以从地震的影响系数曲线中知道，建筑框架结构的层数越高，那么其水平地震影响系数也就会越快的下降，从而楼层水平地震剪力也就越来越小。这和我们想象中的结果是不一样的，我们所想象的是楼层越多，结构受到地震力也就会越大，这和实际情况是完全相反的。如果框架结构的高度最大是60米，那么楼层数也就是在15层，这也能反映出来，楼层最不水平地震剪力的规范标准，还有规定的 对大高度框架结构是非常有必要的。要是这两条规定不存在，那么在计算框架结构地震剪力上也就会有错误的，所以说应该对设定的规定都要明确了解，这也是建筑设计师首要掌握的专业素养，这样也能转却把握结构抗震的安全性。
二、规定采用的比限值的定义
    目前进行规范的反应谱是能够对其做出相对的估量，地震中系数最小值，这样可以使地震的周期变长就可以把界都来作为抵抗地震作用。假如有关的建筑结构部分通过相关的计算方法来规定计算值的输出值判定有关的最小剪力系数来作为调节地震；当结构总剪力同规定值变化差不多的时候，就可以表明建筑结构的整体刚强度偏小，若是增加建筑物结构的刚度，就可以使相关的地震作用增强。这时地震的剪力就可以作为放映楼层结构的抗震内力，不需要通过下层的传递。

三、剪重比的调整

 “剪重比”是结构整体控制设计的一项重要指标，当其不能满足规范的要求时，就应该进行必要的调整。对于需调整楼层层数较少（不超过楼层总数的1／3），且“剪重比”与规范限值相差不大（不小于规范限值的80％）的情况，我们可以通过选择“地震力放大系数”等SATWE的相关参数来达到目的；对于需调整楼层层数较多，或与规范限值相差较大的情况，就只能提高结构的刚度。但是在对结构刚度进行调整的时候，我们有时会遇到这样一种情况，我们加大了结构下部“剪重比”不满足规范要求楼层的侧移刚度，但这些楼层的“剪重比”没有多大的变化，有时反而略有减小。

规范对结构“剪重比”的要求是基于“振型分解反应谱法”在结构基本周期大于3s时，计算水平地震作用可能偏小的情况，为保证结构的安全而考虑的。这不是简单的局部刚度或承载能力不足的问题，而是规范针对上述情况对“振型分解反应谱法”的修正，即规定了水平地震作用的最小值。因此，只加大结构下部“剪重比”不满足规范要求楼层的侧移刚度，是把结构整体刚度偏柔的问题，当成了局部刚度或承载能力不足的问题，以至于收效不大。我们再来看看结构自振周期与水平地震作用的关系：抗震结构中起主要作用的基本振型（靠近两个主轴的方向和扭转方向，其中两个平动为主振型的基底剪力分别沿两个主轴方向为最大值），其自振周期（基本周期）一般都大于设计特征周期。根据规范的“地震影响系数曲线”，此时的地震影响系数与结构基本周期成反比关系。即结构的基本周期越小，水平地震作用效应越大。而结构的自振周期与结构的刚度成反比关系。这说明采用结构调整的方法加大“剪重比”，需要增大结构的刚度，以减小结构的基本周期。

四、保证建筑建造中剪重比符合建筑减震结构要求的措施
        建筑物安全性对于人们生活、社会发展都极为重要，因此要保证建筑物的具有良好的抗震能力。但目前各种类型的建筑物建造中常会出现一些影响建筑稳定性的因素，尤其是弯剪型高层建筑结构中剪重比数值的时候有时候会出现问题，需要技术人员能采用相应措施，保证剪重比数值符合建筑物稳定性标准。

为了能达到提升建筑抗震能力的目标，技术人员可以通过多种方式对建筑进行优化，保证其剪重比符合建筑物的实际需要，其中一种应对措施就用过改变建筑物之中整体结构刚度的方式来提升建筑物的剪重比数值。但这种处理方式在实际的建筑建造以及设计阶段中应用较少，因为这种处理方式和建筑物常规抗震设计理念存在不相符的地方。当采用这种方式处理建筑物在剪重比数值的时候，需要工作人员重新对整个建筑的结构的具体高度、重量数值分布、刚度情况分布情况来进行测算和设计。这无疑会消耗工作人员大量的时间和精力，尤其是设计人员在对楼层数较高、设计结构相对复杂的建筑物来说，这一测算工作就意味着要重新对整个工程进行设计，进而也就会消耗大量的人力资源，建筑建造成本的上升。

另外，在最初的项目建造阶段，施工就应认识到建筑抗震能力的重要性，并能对建筑区域进行全面的勘察检验，对建筑物施工区域内的土质情况、地形情况进行全面了解，这样在实际进行项目建造的时候就能结合这些分析结果以及相应地区对于建筑物建造标准的要求，来制定科学的建筑物建造方案，在这个环节的项目建造中尤其要能控制好建筑物的在其抗震结构方面的设计要点，并通过控制好建筑结构中剪重比数值的方式来强化建筑物的安全稳定性。通过在建筑物最初建造阶段控制建筑物剪重比的方式，不仅能有效的保证建筑物对于地震灾害有良好的抵御能力，同时也能在项目的开始阶段就控制好建筑的后续施工规范，从根源上保证建筑物良好的稳定性。

结束语：《弯剪型高层建筑抗震设计规范》GB-50011-2010中剪重比限值是为了确保楼层剪力始终在一定限值之上，进而提升整个弯剪型高层建筑结构的安全度。若超高层弯剪型高层建筑的底部楼层剪重比不满足规范限值时，可尝试应用增加结构刚度的方法以及考虑周期折减去增加基底剪力去满足规范剪重比要求，若依然不能满足规范要求，则可以对不满足的楼层位置的地震剪力进行放大处理。

参考文献

[1] 黄侠 ,王成刚 ,刘金玉 .关于高层建筑结构抗震设计中剪重比的探讨 [J] .  工程与建设 . 2019（05）：56-57.

[2]郁春春.高层建筑结构抗震设计中关于剪重比的分析 [J] .四川水泥 . 2016,（05）：123-124.

[3]张曦 .高层建筑结构高宽比与剪重比问题分析 [A] . 2019.