关于高层建筑结构抗震设计中剪重比的探讨

关于高层建筑结构抗震设计中剪重比的探讨

摘要：科技的进步，促进工程建设事业得到快速发展。国家对建筑剪重比的相

关要求进行了明文规定,在《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》中指出:“水平地震剪力系数剪重比等于楼层地震作用与重力荷载代表值的比值”。高层建筑结构的抗震能力检测中,剪重比是一项重要的指标,是抗震设计中必

须遵照的强制条文。本文就关于高层建筑结构抗震设计中剪重比展开探讨。

关键词：高层建筑结构；抗震设计；剪重比

引言

《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》都对楼层地震剪

力和重力荷载代表值的比重做出强制性的规定。目前由于人们对地震动位移和速

度分量导致的结构破坏机理这些方面经验不足，还可以将这些运用于实际操作，

为建筑结构设计提供适当的较好建议条件。

1剪重比概述

剪重比是抗震设计特别重要的参数，抗震规范GBS0011-2010中规定，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合公式的要求，规范之所以如此规定，

是因为结构在长周期作用下，地震影响系数下降较快，山地震规范中的地震影响

系数曲线可见。但对于长周期结构，地震动态作用下的地面加速度和位移对结构

具有更大的破坏，所以对此长周期结构，按此地震影响系数计算出来的结构将处

于不安个状态，所以规范对此进行了最不水平地震剪力的要求。对于常规的框架

结构，结构周期可以按如下经验公式进行周期估算，即：T=（0.07--0.09）N，N

为结构楼层数若对于一个普通规则的框架结构，假设位于场地类别为一类，设计

地震分组为第一组的场地，由地震规范中可查特征周期T=0.4s

若本框架结构为s层，则T=0.08X5=0.4s=T。

若本框架结构为10层，则T=0.08X10=0.8s=2T。

若本框架结构为is层，则T=0.08Xl5=1.2s=3T。

从地震影响系数曲线中可以看到，层数越高的框架结构，水平地震影响系数

下降的越快，则楼层水平地震剪力将变的越不。与实际我们想象中的楼层数越多

则受到的地震力应该越大恰恰相反对于6度区，框架结构规范规定的最大高度为60米，楼层数最大也就15层左右。从以上可以看出，规范对楼层最不水平地震

剪力及框架结构的最大高度的规定很有必要，没有这两条规定，对于框架结构地

震力理论计算也许是错误的。因此重视规范的每条规定是每个结构上程师的基本

素养，是对上程结构安个性的基本把握。剪重比控制的基本条件为有效质量系数，根据经验，当有效质量系数大于0.8时，基底剪力误差一般不于0.5%，这样可以

理解为有效质量系数大于0.8的情形为振型数足够，否则为不够。SATWE程序可

以自动计算该参数并输出。现有一个存在大量越层柱的八层框架结构，山于结构

的振型整体性差，局部振动明显，这种情况往往需要很多振型才能使有效质量系

数满足要求。此结构当取30个振型时，x方向的有效质量系数是52.12%，剪重

比是1.6%当取60个振型时，x方向的有效质量系数是96.58%，剪重比是3.31%，满足了规范3.2%的要求。

2规定采用的比限值的定义

控制各楼层当前的最小地震波产生的物理力是能够保证建筑物结构安全的主

要方式，然而对有关刚度较小或者周期较长的结构主要是由于有关的地震产生的

速度和建筑物位移对于建筑物结构就有所破坏。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。在抗震过程中的设计结构中,有关的

《抗震规范》中没有明确地震剪力的最小值，《混凝土高规》中也是不能够自己

来规定。因此作为参考数据，设计中考虑的控制值是0.008～0.01。在建筑高层建

筑的地下室主要就是在固定它的位置的时候，可以通过相关公式来计算楼层的地

震剪力，主要是由于地下室的地震是减弱的。

3剪重比的调整

当剪重比不满足抗震规范规定时，可以从如下两方面调整，以满足规范要求。

3.1通过程序调整

当剪重比偏不但与规范限值相差不大（如剪重比达到规范限值的80%以上）时，可以按下列方法之一进行调整：①在SATWE的“调整信息”中勾选。按“抗震

规范调整各楼层地震内力”，SATWE按抗规自动将楼层最不地震剪力系数直接乘

以该层及以上重力荷载代表值之和，用以调整该楼层地震剪力，以满足剪重比要求。②在SATWE的“调整信息”中的“个楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数，增大地震作用，以满足剪重比要求。③在SATWE的“地震信息”中的“周期折减系数”中适当减不系数，增大地震作用，以满足剪重比要求。

3.2放大剪力

对当前各楼层的地震剪力进行适当放大,以此来满足规范的剪重比要求,这种方

法在达到剪重比限值的同时,有效的增加了建筑结构和各楼层的抗震能力,楼层抗

剪承载力也更加有保障,是高层建筑防震设计的关键所在。

3.3通过采取提高结构刚度的方法来减少结构的基本周期

这样就可以提高判别值，使之满足规范剪重比限值的要求。但是，这种方法

和抗震设计的基本概念不太相同，因为如果从实际出发，对于一个超高层的建筑

来说，要确定结构的形式和高度还有质量和刚度的分布情况本来就要花费很大的

时间去设计，还要经过反复的验证和比较最后才有一个大致的模型。因此，在这

种情况下对结构刚度要进行调整非常困难，这意味着要对之前的工程重新计算和

估量，又要花费巨大的人力物力和财力。而且从建筑结构的相关理论来分析，对

刚度或者质量进行调整来使结构楼层的基底剪力比减小更是困难重重。

3.4提高结构自身刚度

提高建筑结构刚度是通过减小建筑结构的周期,达到提高判别值的目的,以满足

规范中的剪重比限值要求。该方法在理论上能够实现,但在实际的高层建筑施工中

应用有一定的难度。在高层建筑的高度、层数。总体结构和刚度分布确定之后,很

难再进行大规模的调整和改变,与高层建筑抗震设计的基本理念不相符合,因此该

方法只适用于特殊的高层建筑中。

结语

抗规强制性条文规定剪重比限值是为了保证楼层剪力不不于一定限值，从而

提高结构安全度，以防范目前尚无法确切估计的地震动加速度和位移分量的破坏，对保证结构的抗震安全性是有利的。但超高层建筑结构底部楼层剪重比不满足规

范限值，要求在I、II类场地中是经常发生的，规范对剪重比限值的规定未考虑场

地类别的影响是不妥的。剪重比是结构整体性能控制指标之一，我们应该理解其