曲 秀 麗

(中化二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030021)

地震剪力系數(shù)的控制和調(diào)整

曲 秀 麗

(中化二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030021)

結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，歸納了在計(jì)算地震剪力系數(shù)時(shí)，地震剪力計(jì)算應(yīng)考慮的因素，總結(jié)了地震剪力系數(shù)不滿足規(guī)范規(guī)定的最小值要求時(shí)的調(diào)整方法，最后探討了調(diào)整地震剪力時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題，以供參考。

地震剪力系數(shù)，地震剪力，基本自振周期

地震剪力系數(shù)λ俗稱剪重比，為樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值與對(duì)應(yīng)的重力荷載代表值的比值，主要為限制各樓層的最小水平地震剪力，是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)主要的控制指標(biāo)之一。

由《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》圖5.1.5及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》圖4.3.8地震影響系數(shù)曲線圖可知，地震影響系數(shù)在長(zhǎng)周期段下降較快。對(duì)于T>3 s的結(jié)構(gòu)，由此計(jì)算所得的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能過(guò)小偏于不安全，但對(duì)于周期較長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，地震引起的地面運(yùn)動(dòng)速度和位移反而對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞可能有更大的影響。但規(guī)范所采用的振型分解反應(yīng)譜法對(duì)此影響尚未能做出合理估計(jì)的方法。

筆者通過(guò)學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大師們的專業(yè)著作和自己多年的設(shè)計(jì)實(shí)踐，對(duì)剪重比控制計(jì)算時(shí)，地震剪力計(jì)算需要考慮的因素及剪重比不滿足規(guī)范最小值要求當(dāng)如何進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)行了歸納總結(jié)和大家共同學(xué)習(xí)和探討。

為述及方便，下文將《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》簡(jiǎn)稱為《抗規(guī)》，將《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》簡(jiǎn)稱為《高規(guī)》。

1 剪重比計(jì)算時(shí)，地震剪力計(jì)算應(yīng)考慮的因素

《抗規(guī)》5.2.5條要求：

Veki>λ∑Gj。

其中,Veki為第i層對(duì)應(yīng)于水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力；Gj為第j層的重力荷載代表值；λ為剪力系數(shù)，不應(yīng)小于λmin，λmin值詳見(jiàn)《抗規(guī)》表5.2.5或《高規(guī)》表4.3.12。

樓層地震剪力計(jì)算結(jié)果尚應(yīng)根據(jù)不同情況分別考慮以下因素進(jìn)行調(diào)整后，進(jìn)行剪重比的計(jì)算。

1)結(jié)構(gòu)薄弱層地震剪力應(yīng)乘增大系數(shù)。

剛度變化、承載力變化及豎向構(gòu)件的連續(xù)性，符合《抗規(guī)》表3.4.3-2中豎向不規(guī)則類型的樓層統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)薄弱層。

《抗規(guī)》第3.4.4-2條要求對(duì)“平面規(guī)則但豎向不規(guī)則的建筑，在剛度小的樓層的地震剪力應(yīng)乘以不小于1.15的增大系數(shù)”。筆者理解“剛度小的樓層”為《抗規(guī)》表3.4.3-2中“側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80%的樓層”。

同樣對(duì)于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，《高規(guī)》3.5.8條要求結(jié)構(gòu)薄弱層地震剪力均應(yīng)乘以1.25的增大系數(shù)，并不僅限于剛度小的樓層。應(yīng)注意兩本規(guī)范的不同。

由此調(diào)整后的地震剪力計(jì)算的地震剪力系數(shù)應(yīng)大于1.15倍的λmin。

2)采用底部剪力法計(jì)算地震作用時(shí)凸出屋面的小建筑的地震剪力應(yīng)考慮增大。

由于凸出屋面的小建筑的質(zhì)量和剛度突然減小，鞭端效應(yīng)顯著，其地震剪力宜考慮乘以3的增大系數(shù)?！犊挂?guī)》5.2.4條及《高規(guī)》C.0.3條均對(duì)此有所規(guī)定，此增大部分的地震剪力僅用于凸出屋面的小建筑本身及與其直接相連接的主體構(gòu)件，不再向下傳遞。

底部剪力法是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)算的一種簡(jiǎn)化方法。隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，底部剪力法在實(shí)際工程中的應(yīng)用越來(lái)越少，但其概念簡(jiǎn)單清晰，在方案和初步設(shè)計(jì)階段常常用到，因此正確理解底部剪力法還是非常有必要的。

3)剛性地基假定計(jì)算的地震剪力的折減。

《抗規(guī)》5.2.7條規(guī)定，抗震計(jì)算時(shí)，抗震設(shè)防烈度8度，9度的建于Ⅲ，Ⅳ場(chǎng)地，基礎(chǔ)形式采用箱基、剛性較好的筏基和樁箱聯(lián)合基礎(chǔ)的鋼筋混凝土高層建筑，當(dāng)其結(jié)構(gòu)自振周期在1.2Tg～5Tg范圍時(shí)，如果考慮地基與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的影響，由于剛性地基分析的水平地震作用在1.2Tg～5Tg范圍內(nèi)有明顯的折減，故對(duì)采用剛性地基假定計(jì)算的水平地震剪力可按《抗規(guī)》5.2.7條規(guī)定進(jìn)行折減，折減后的地震剪力也應(yīng)滿足最小地震剪力系數(shù)要求。

但由于考慮到地震作用的復(fù)雜性和不確定性，以及我國(guó)的地震作用與國(guó)外相比取值還較小，偏于安全考慮，一般情況下可按剛性地基假定計(jì)算，不考慮地基與上部結(jié)構(gòu)的相互作用影響，故這一折減僅在必要時(shí)進(jìn)行。

4)底框結(jié)構(gòu)的底框部分地震剪力的調(diào)整。

底部框架—抗震墻結(jié)構(gòu)是我國(guó)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)條件下的特有的結(jié)構(gòu)形式，由兩種抗震性能不同的材料混合承重，屬于側(cè)向剛度變化很大，傳力不直接的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體系極不合理，故規(guī)范采取增大底層的地震作用效應(yīng)以減少底層的薄弱程度。

《抗規(guī)》7.2.4條規(guī)定對(duì)此類結(jié)構(gòu)的底層和底部?jī)蓪拥牡卣鸺袅鶓?yīng)乘以1.2～1.5的增大系數(shù)，可根據(jù)與上部剛度比值的大小來(lái)確定增大系數(shù)，剛度比大的增大系數(shù)取大值，剛度比小的取小值。此條規(guī)定的調(diào)整是對(duì)結(jié)構(gòu)底部總剪力的調(diào)整，底部抗震墻應(yīng)能承擔(dān)經(jīng)調(diào)整后的結(jié)構(gòu)全部地震剪力并滿足地震剪力系數(shù)最小值的要求。

2 λ值不滿足λmin值要求時(shí)的調(diào)整方法

只有滿足最小地震剪力要求，才能進(jìn)行地震傾覆力矩、構(gòu)件內(nèi)力和位移等結(jié)構(gòu)后續(xù)抗震計(jì)算，地震影響系數(shù)曲線見(jiàn)圖1。

《抗規(guī)》5.2.5條條文說(shuō)明明確的調(diào)整方法總結(jié)如下：

1)結(jié)構(gòu)底部總地震剪力略小，而中、上部樓層均滿足最小值的情況的調(diào)整方法。

a.當(dāng)T≤Tg,即結(jié)構(gòu)的基本周期處于加速度控制段時(shí)，各樓層均乘以相同的增大系數(shù)η，η應(yīng)不小于《抗規(guī)》表5.2.5中λmin與調(diào)整前計(jì)算得的λ值的比值，使其調(diào)整后的底部總地震剪力滿足地震剪力系數(shù)最小值的要求，η一般不應(yīng)大于1.15。

b.T>5Tg，即結(jié)構(gòu)基本自振周期處于位移控制段時(shí)，各樓層均需按底部的地震剪力系數(shù)的差值Δλ0增加該層的地震剪力，增加后的地震剪力為Veki′。

Veki′=Veki+Δλ0Veki。

Δλ0=λmin-λ調(diào)整前。

c.Tg

2)若超過(guò)15%以上樓層的地震剪力系數(shù)不滿足最小值要求，或底部總剪力相差較多時(shí)，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)在選型或平立面布置等不合理，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行重新調(diào)整，不能單純采用增大系數(shù)的方法進(jìn)行處理。

3 調(diào)整地震剪力應(yīng)注意的問(wèn)題

1)當(dāng)采用時(shí)程分析方法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算時(shí)，總地震剪力也應(yīng)滿足最小地震剪力要求。

2)《抗規(guī)》5.2.5條文解釋明確5.2.5條的規(guī)定不考慮阻尼比的要求是最低要求，各類結(jié)構(gòu)均需遵守此條規(guī)定。

3)當(dāng)高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平力較小計(jì)算的λ<0.02時(shí)，雖然其層間位移角滿足規(guī)范限值要求，但其剛度有可能不滿足《高規(guī)》5.4.4條結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的要求，對(duì)此也應(yīng)調(diào)整增大其結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度使其滿足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求，調(diào)整后的計(jì)算結(jié)果也應(yīng)滿足地震剪力系數(shù)最小值要求。

4 結(jié)語(yǔ)

若底部總地震剪力不滿足地震剪力系數(shù)最小值要求時(shí)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的總側(cè)向剛度偏小，無(wú)論各樓層是否滿足地震剪力系數(shù)最小值要求，各樓層均應(yīng)調(diào)整，不能僅僅調(diào)整不滿足的樓層。滿足最小地震剪力要求是結(jié)構(gòu)后續(xù)計(jì)算的前提，只有在調(diào)整到滿足最小地震剪力的要求，方能進(jìn)行結(jié)構(gòu)的后續(xù)抗震計(jì)算。隨著計(jì)算程序的普遍應(yīng)用，雖然程序可以進(jìn)行調(diào)整但可以人工干預(yù)，只有對(duì)剪重比概念和影響因素了然于心，才能合理的控制和調(diào)整。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)[S].

[2] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析：JGJ 3—2010[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[4] 朱炳寅.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)用與分析：GB 50011—2010[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[5] 張維斌.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

The control and adjustment of seismic shear coefficient

Qu Xiuli

(ChinaChemicalEngineeringSecondConstructionCorporation,Taiyuan030021,China)

Combining with the practical experience, this paper summarized the factors should be considered in seismic shear calculation in seismic shear coefficient calculation, summarized the adjustment method of seismic shear coefficient did not meet the minimum specification requirements, finally discussed the matters should pay attention to in seismic shear adjustment, for reference.

seismic shear coefficient, seismic shear, basic natural vibration cycle

1009-6825(2017)22-0039-03

2017-05-24

曲秀麗(1977- )，女，工程師，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師

TU311.3

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