黑龍江省建筑設(shè)計(jì)研究

摘要：科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，推動(dòng)了建筑技術(shù)的快速發(fā)展，這讓人們對建筑功能需求和審美需求都有較高的要求，現(xiàn)代建筑也更多地向高層建筑邁進(jìn)，建筑高度的記錄也在逐漸上漲，這就與建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的要求來說也就更高了，但是在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中要特別注意相關(guān)的參數(shù)計(jì)算，這對于建筑結(jié)構(gòu)中剪重比設(shè)計(jì)有著直接的影響，也和建筑結(jié)構(gòu)布置的經(jīng)濟(jì)性以及合理性有著較大關(guān)系，所以在進(jìn)行建筑單位要對這方面的問題有所重視。本文分析了高層建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)時(shí)有關(guān)剪重比問題的設(shè)計(jì)規(guī)范。

關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)；剪重比；抗震設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是很容易受到外界因素震動(dòng)影響的，尤其有地震災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候，會(huì)對建筑的上部結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重影響，從而讓建筑結(jié)構(gòu)有振動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生，人們將這種現(xiàn)象叫做結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候，要特別注意其結(jié)構(gòu)立面、平面以及豎向剖面等部位的抗震性能設(shè)計(jì)，要讓其設(shè)計(jì)的有較高的合理性，這樣也就不會(huì)讓建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移等情況，建筑結(jié)構(gòu)中各個(gè)層面的剛度比，還有豎向構(gòu)件的剪重比以及的剛重比也就能達(dá)到規(guī)定的延性指標(biāo)，從而讓建筑結(jié)構(gòu)抗震性能安全保證。

一、剪重比介紹

在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，剪重比是非常重要的參數(shù)的，依據(jù)規(guī)定的抗震規(guī)范，在進(jìn)行抗震驗(yàn)算的時(shí)候，建筑結(jié)構(gòu)中所有樓層的水平剪應(yīng)力都要達(dá)到規(guī)定計(jì)算公式要求，之所以將其稱之為規(guī)范，主要是建筑結(jié)構(gòu)在長時(shí)間應(yīng)用中，會(huì)讓地震影響系數(shù)急速下降，這個(gè)從相關(guān)的地震影響系數(shù)曲線中就能夠看出來。對于使用周期較長的建筑結(jié)構(gòu)來說，在地震動(dòng)態(tài)作用下，它受到的位移作用以及地面加速度帶來的破壞力更大，在這個(gè)時(shí)期計(jì)算出來的地震影響系數(shù)是出于不安全狀態(tài)的，所以這個(gè)規(guī)范對于水平地震剪力要求來說也是有一定要求的。要是對常規(guī)的建筑框架結(jié)構(gòu)來說，可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式去估算結(jié)構(gòu)周期，也就是T =（0.07--0.09）N，其中N就是普通框架結(jié)構(gòu)中的樓層數(shù)，要是建筑工程場地是一類，則結(jié)構(gòu)周期計(jì)算也就可以依據(jù)公式去計(jì)算。

我們可以從地震的影響系數(shù)曲線中知道，建筑框架結(jié)構(gòu)的層數(shù)越高，那么其水平地震影響系數(shù)也就會(huì)越快的下降，從而樓層水平地震剪力也就越來越小。這和我們想象中的結(jié)果是不一樣的，我們所想象的是樓層越多，結(jié)構(gòu)受到地震力也就會(huì)越大，這和實(shí)際情況是完全相反的。如果框架結(jié)構(gòu)的高度最大是60米，那么樓層數(shù)也就是在15層，這也能反映出來，樓層最不水平地震剪力的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，還有規(guī)定的 對大高度框架結(jié)構(gòu)是非常有必要的。要是這兩條規(guī)定不存在，那么在計(jì)算框架結(jié)構(gòu)地震剪力上也就會(huì)有錯(cuò)誤的，所以說應(yīng)該對設(shè)定的規(guī)定都要明確了解，這也是建筑設(shè)計(jì)師首要掌握的專業(yè)素養(yǎng)，這樣也能轉(zhuǎn)卻把握結(jié)構(gòu)抗震的安全性。

二、剪重比的調(diào)整

1、通過程序調(diào)整。當(dāng)剪重比偏不但與規(guī)范限值相差不大時(shí)，可以按下列方法之一進(jìn)行調(diào)整：①在SATWE的“調(diào)整信息”中勾選。按“抗震規(guī)范調(diào)整各樓層地震內(nèi)力”，SATWE按抗規(guī)自動(dòng)將樓層最不地震剪力系數(shù)直接乘以該層及以上重力荷載代表值之和，用以調(diào)整該樓層地震剪力，以滿足剪重比要求。②在SATWE的“調(diào)整信息”中的“個(gè)樓地震作用放大系數(shù)”中輸入大于1的系數(shù)，增大地震作用，以滿足剪重比要求。③在SATWE的“地震信息”中的“周期折減系數(shù)”中適當(dāng)減不系數(shù)，增大地震作用，以滿足剪重比要求。

2、人上調(diào)整：當(dāng)剪重比與規(guī)范限值相差較大時(shí)。①當(dāng)?shù)卣鸺袅ζ欢鴮娱g側(cè)移又偏大時(shí)，說明結(jié)構(gòu)過柔，宜適當(dāng)加大墻、柱截面，提高剛度。②當(dāng)?shù)卣鸺袅ζ蠖鴮娱g側(cè)移又偏不時(shí)，說明結(jié)構(gòu)過剛，宜適當(dāng)減不墻、柱截面，降低剛度以取得合適的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

3、對于剪重比從抗震規(guī)范的條文說明中我們更應(yīng)該注意。①當(dāng)?shù)撞靠偧袅ο嗖钶^多時(shí)，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)的方法處理。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滿足最不地震剪力是結(jié)構(gòu)后續(xù)抗震計(jì)算的前提，只有調(diào)整到符合最不剪力要求才能進(jìn)行相應(yīng)的地震傾覆力矩、構(gòu)件內(nèi)力、位移等等的計(jì)算分析；即意味著，當(dāng)各層的地震剪力需要調(diào)整時(shí)，原先計(jì)算的傾覆力矩、內(nèi)力和位移均需要相應(yīng)調(diào)整。

三、工程案例

某超限高層為框筒結(jié)構(gòu)，共55層，總高度為258m，抗震設(shè)防烈度為7度，場地類別為II類，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。結(jié)構(gòu)基本周期為5.80S，結(jié)構(gòu)總重量為16750440kN，計(jì)算取15個(gè)振型，其有效質(zhì)量系數(shù)為96%，水平地震影響系數(shù)a=0.0123，規(guī)范規(guī)定的剪重比限值為1.20%。在不考慮周期折減時(shí)，X方向的基底剪力為15623kN，以X方向振動(dòng)為主的第1振型對應(yīng)的基底剪力為14150kN，第1振型的剪力比為90.56%，相應(yīng)的第1振型參與質(zhì)量比為68.54%。代入公式，得出結(jié)果，即結(jié)構(gòu)不滿足規(guī)范剪重比限值的要求。計(jì)算得X方向1-15層的剪重比為0.93%-1.18%，這些樓層均不滿足規(guī)范-剪重比限值的要求。并求得結(jié)構(gòu)底層剪重比為0.93%，與計(jì)算所得結(jié)果一致。

1、采用增大結(jié)構(gòu)剛度的方法對剪力墻做如下調(diào)整。

將厚400mm的墻加厚至600mm；將厚250，200mm的墻加厚至300mm。在不考慮周期折減時(shí)，將結(jié)構(gòu)基本周期由5.80S減不為5.63S，結(jié)構(gòu)的總重量增大為1702182kN，水平地震影響系數(shù)a=0.0122，有效質(zhì)量系數(shù)為96%，第1振型的剪力比為90.49%，第1振型參與質(zhì)量比為68.87%，規(guī)范規(guī)定的剪重比限值為1.20%。將以上數(shù)值代入公式，得出結(jié)構(gòu)還是不滿足規(guī)范剪重比限值的要求。計(jì)算得到X方向1-15層的剪重比為0.95%-1.19%，這些樓層仍不滿足規(guī)范-剪重比限值的要求?？梢?，加厚剪力墻的改進(jìn)效果很有限，欲通過調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度或重量使結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范剪重比限值的要求是十分困難的。

2、采用周期折減的方法?？紤]周期折減系數(shù)為0.85，計(jì)算得X方向1-7層的剪重比為1.09%-1.19%，這些樓層不滿足規(guī)范剪重比限值的要求。再考慮周期折減系數(shù)為0.8，計(jì)算得X方向1-4層的剪重比為1.10%-1.18%，仍有4個(gè)樓層的剪重比不滿足規(guī)范剪重比限值的要求，但己有明顯的改善，此時(shí)再對不滿足規(guī)范剪重比限值要求的樓層采取放大層剪力的方法解決。

四、結(jié)論

高層建筑結(jié)構(gòu)受到樓層高度的限制，在抗震設(shè)計(jì)上是有一定難度的，但這也是高層建筑中相當(dāng)重要的設(shè)計(jì)工作，所以在抗震設(shè)計(jì)中要特別注意剪重比的限值問題，要讓每個(gè)樓層的剪力都達(dá)到規(guī)定的限值，這樣的話高層建筑結(jié)構(gòu)有就會(huì)有較高的安全度，也就能讓建筑減震設(shè)計(jì)不被破壞，結(jié)構(gòu)的安全性有所保證。對于超高層建筑來說，有很多底部樓層的剪重比都和規(guī)定的限值有所差距，尤其是的一類場地和二類場地中比較常見，所以在規(guī)范剪重比的時(shí)候，還要將場類別這一影響因素考慮在其中，從而對設(shè)計(jì)原理有所掌握，讓高層建筑結(jié)構(gòu)有著較好的抗震性能。

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