高層建筑抗震設(shè)計中剪重比調(diào)整淺析

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摘要：結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計是高層建筑的重要內(nèi)容，其基本的抗震設(shè)防三個水準(zhǔn)目標(biāo)是：小震不壞、中震可修、大震不倒。為實現(xiàn)三個水準(zhǔn)的設(shè)防目標(biāo)而采用了二階段設(shè)計。對大多數(shù)的結(jié)構(gòu)，可只進(jìn)行第一階段設(shè)計，再通過概念設(shè)計和抗震構(gòu)造措施來滿足第三水準(zhǔn)的設(shè)計要求。第一階段設(shè)計是承載力的驗算，其中地震作用效應(yīng)的調(diào)整是驗算的前提?，F(xiàn)以某實際工程為例，結(jié)合個人對《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010的理解，對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中剪重比的控制進(jìn)行說明，為同類工程結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震設(shè)計；剪重比調(diào)整

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(shè)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(shè)計成為了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要組成部分，《建筑抗震設(shè)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(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)行相應(yīng)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(biāo)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(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震分組第一組，設(shè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)層平面圖如圖1所示。（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(yīng)譜特征周期Tg=0.35s，剪重比的計算結(jié)果如表1所列。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(xì)資料場地類別判為Ⅰ1類，反應(yīng)譜特征周期Tg=0.25s。在前期結(jié)構(gòu)試算（模型1）基礎(chǔ)上修改相應(yīng)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。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Tx=1.653s、Ty=1.7352s，均大于5Tg(1.25s)，結(jié)構(gòu)基本周期位于反應(yīng)譜的位移控制段，各樓層均需按底部剪力系數(shù)的差值△λ0增加該層的地震剪力△FEki＝△λ0GEi，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(dāng)結(jié)構(gòu)基本周期位于反應(yīng)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Tg=0.25s小于模型1特征周期Tg=0.35s，相應(yīng)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?！犊挂?guī)（GB50011-2010）統(tǒng)一培訓(xùn)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(yīng)進(jìn)行調(diào)整時應(yīng)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(yīng)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(guān)，而最小地震剪力系數(shù)值也只與設(shè)防烈度關(guān)聯(lián)而與場地類別無關(guān)，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5Tg）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(yīng)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(shè)計人員在控制最小剪力系數(shù)時，除了關(guān)注于結(jié)構(gòu)整體剛度和質(zhì)量外，還應(yīng)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(shè)計安全經(jīng)濟。

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作者:陳長沌 單位:時代建筑設(shè)計院（福建）有限公司