YJK剪重比说明

第三节 剪重比

一、规范规定

《抗震规范》5.2.5条、《高规》4.3.12条明确规定了抗震验算时楼层剪重比不应小于规范给出的剪力系数λ，这是强制性条文。

关于剪重比的意义及调整规则，《抗震规范》5.2.5条文说明给出了具体解释：

由于地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3.5s的结构，由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构，地震动态作用中的地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响，但是规范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。出于结构安全的考虑，提出了对结构总水平地震剪力及各楼层水平地震剪力最小值的要求，规定了不同烈度下的剪力系数，当不满足时，需改变结构布置或调整结构总剪力和各楼层的水平地震剪力使之满足要求。例如，当结构底部的总地震剪力略小于本条规定而中、上部楼层均满足最小值时，可采用下列方法调整：若结构基本周期位于设计反应谱的加速度控制段时，则各楼层均需乘以同样大小的增大系数；若结构基本周期位于反应谱的位移控制段时，则各楼层i均需按底部的剪力系数的差值 λ0增加该层的地震剪力—— FEki ＝ λ0GEi；若结构基本周期位于反应谱的速度控制段时，则增加值应大于 λ0GEi，顶部增加值可取动位移作用和加速度作用二者的平均值，中间各层的增加值可近似按线性分布。

需要注意：

（1）当底部总剪力相差较多时，结构的选型和总体布置需重新调整，不能仅采用乘以增大系数方法处理；

（2）只要底部总剪力不满足要求，则结构各楼层的剪力均需要调整，不能仅调整不满足的楼层；

（3）满足最小地震剪力是结构后续抗震计算的前提，只有调整到符合最小剪力要求才能进行相应的地震倾覆力矩、构件内力、位移等等的计算分析；即意味着，当各层的地震剪力需要调整时，原先计算的倾覆力矩、内力和位移均需要相应调整；

（4）采用时程分析法时，其计算的总剪力也需符合最小地震剪力的要求；

（5）本条规定不考虑阻尼比的不同，是最低要求，各类结构，包括钢结构、隔震和消能减震结构均需一律遵守。

《建筑抗震设计规范（GB 50011‐2010）统一培训教材》中指出：

按楼层最小地震剪力系数对结构水平地震作用效应进行调整时应该注意，如果较多楼层的剪力系数不满足最小剪力系数要求（例如15%以上的楼层）、或底部楼层剪力系数小于最小剪力系数要求太多（例如小于85%），说明结构整体刚度偏弱（或结构太重），应调整结构体系，增强结构刚度（或减小结构重量），而不能简单采用放大楼层剪力系数的方法。

二、剪重比控制参数

1、参数

图2.3.1 剪重比参数设置

软件首先提供是否进行剪重比调整控制参数，勾选后根据相关规定进行计算，如图2.3.1所示。

软件根据X、Y方向的平动系数判断X、Y方向的第一平动周期，然后查表《抗震规范》5.2.5确定最小剪力系数，该系数值在wzq.out文件中输出。如果周期值位于3.5s~5s之间时，软件自动对最小剪力系数插值。

软件在进行剪重比调整时，不自动判断对应方向周期位于哪个控制段，而是提供相应插值参数，由工程师控制，如图2.3.2所示。

图2.3.2 动位移比例系数

填0表示按加速度段调整，填1表示按位移段调整，填0~1之间的数值表示先按照加速度段和位移段计算调整系数，再根据参数中的数值进行插值。

2、扭转效应明显

关于如何判断为扭转明显，《抗震规范》和《高规》从不同角度做出了规定：

《抗震规范》条文说明中指出：扭转效应明显与否一般可由考虑耦联的振型分解反应谱法分析结果判断，例如前三个振型中，二个水平方向的振型参与系数为同一个量级，即存在明显的扭转效应。对于扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构，剪力系数取0.2αmax，保证足够的抗震安全度。

《高规》4.2.13条文说明中指出：表4.3.12中所说的扭转效应明显的结构，是指楼层最大水平位移(或层间位移)大于楼层平均水平位移(或层间位移)1.2倍的结构。

软件不自动判断是否为扭转效应明显，而是提供相应参数，由工程师自行确定，如图2.3.3所示。

图2.3.3 扭转效应明显

勾选扭转效应明显参数后，最小剪力系数按规范表中第一行数据取值。

3、对薄弱层的处理

《高规》4.3.12关于剪重比条文补充了：“对于竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15

的增大系数。”在该条文说明中指出：对于竖向不规则结构的薄弱层的水平地震剪力，本规程第3．5．8条规定应乘以1.25的增大系数，该层剪力放大1.25倍后仍需要满足本条的规定，即该层的地震剪力系数不应小于表4.3.12中数值的1.15倍。

如果本楼层为按层刚度比计算判断的薄弱层或手工指定的薄弱层，则软件对计算得到的层地震剪力放大1.25倍后，再和最小剪力系数*1.15后的结果比较并计算剪力调整系数。由于层地震剪力放大系数1.25>1.15，通常薄弱层计算出来的调整系数会小，但因为后续承载力设计时各调整系数是连乘的，因此薄弱层最终的地震效应仍是增大的。

4、地震影响系数不是规范数值时的处理

如果地震影响系数最大值不是《抗震规范》表5.1.4‐1中的标准数值，如采用安评的结果，则软件根据《抗震规范》表5.1.4‐1中数值与参数中输入数值的比例关系，对最小剪力系数进行放大。

软件也支持自定义调整系数。如果选择了采用自定义调整系数，则软件不再自行计算。

5、竖向地震

《高规》4.3.15条规定：“高层建筑中，大跨度结构、悬挑结构、转换结构、连体结构的连接体的竖向地震作用标准值，不宜小于结构或构件承受的重力荷载代表值与表4.3.15

所规定的竖向地震作用系数的乘积。”

对于竖向地震计算，软件提供了两个算法：简化算法和振型分解反应谱法。简化算法依据《抗震规范》5.3节计算。对于振型分解反应谱法，软件提供了“竖向地震作用系数底线值”参数，该参数仅当采用振型分解反应谱法计算竖向地震时有效，如图2.3.4所示。

图2.3.4 竖向地震作用底线值

当振型分解反应谱法计算竖向地震效应不足时，会对计算结果进行放大，规则为：统计每个楼层所有竖向构件竖向地震下的总轴力，然后计算本楼层以上所有楼层的总重力荷载，最后比较总轴力和总重力荷载*底线值，不够则放大竖向地震效应。

采用振型分解反应谱法计算竖向地震时，竖向有效质量系数往往算不足，进而导致竖向地震放大系数过大，设计结果不合理。这时可以尝试增加振型数，或采用RITZ向量法计算。

三、广东高规的不同规定

《广东高规》4.3.13条规定：“当小震弹性计算的楼层剪力小于规定的最小值时，可直接放大地震剪力以满足楼层最小地震剪力要求，放大后的基底总剪力尚不宜小于按底部剪力法算得的总剪力的85%。”条文说明中指出：当小震弹性计算的基底剪力满足最小地震剪力要求，仅部分楼层不满足要求时，可直接放大这些楼层的地震剪力使之满足要求；当小震弹性计算的基底剪力不满足最小地震剪力要求时，则全部楼层的地震剪力均应放大，放大系数=规定的最小地震剪力/弹性计算的基底剪力。放大后的基底总剪力宜取按底部剪力法算得的总剪力的85%和4.3.12条规定的最小地震剪力的较大值。

对于一般工程，当基底剪力满足要求时，按《广东高规》的规定，可以只放大不满足要求的楼层，相对于《抗震规范》和《高规》要求有所放松。但由于《广东高规》要求放大后的基底总剪力不小于按底部剪力法计算的总剪力的85%，对于个别工程，该条控制的可能更严。

如果结构所在地区选择广东，则软件按照《广东高规》相关规定计算剪重比调整系数。

四、软件对剪重比计算结果输出

软件在计算出各层地震作用下的楼层剪力后，同时输出该楼层的剪重比数值，并在最后