剪重比不足时的调整方法

白成程

摘 要：简单论述了剪重比控制的重要性，分析了剪重比不满足规范要求的原因，总结了设计时调整方法。

关键词：剪重比；侧移刚度；地震剪力；平动系数

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）20021801

剪重比是结构计算时的一个重要控制指标，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第5.2.5条对其作了详细的规定。条文解释强调：（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）本条规定不考虑阻力比的不同，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。由以上5条说明可以看出剪重比计算指标的重要性，但是计算模经常会遇着剪重比不满足要求的情况，当其不满足规范要求时就应该进行必要的调整。

对于需调整楼层层数较少（建议为不超过楼层总数的1/10，也有文章建议为1/3），且“剪重比”与规范限值相差不大（不小于规范限值的80%，或地震剪力调整系数不大于1.2），可通过地震力放大系数来满足规范要求。当剪重比不满足的层数较多时说明结构布置不合理，需作调整。我们首先想到的调整方法是对结构刚度进行加大，进而加大地震剪力，计算结果是剪重比不足的楼层并没有太大的变化，有时反而有所减小。根据抗规条文解释，结构剪重比的要求是基于“振型分解反應谱法”在结构基本周期大于3.5s时，计算水平地震作用可能偏小的情况，为保证结构的安全而考虑的。这并不是简单的局部刚度或承载能力不足的问题，而是规范针对上述情况对“振型分解反应谱法”的修正，即规定了水平地震作用的最小值。通过对具体结构的分析，可以发现，当增大结构整楼的侧移刚度时，结构的基本周期刚度减小，水平地震作用增大。同时，因为结构刚度的增大，使结构的质量也有增加，致使结构的“剪重比”变化不大。特别是在高烈度区或受建筑方案的限制，仅能加厚剪力墙的墙厚或加设小短墙时，结构质量增加的比例可能大于水平地震作用的增大比例，反而可能导致剪重比的减小。因此，当抗侧移构件布置数量本身不少时只加大结构的刚度，效果不大，反而导致造价的大幅度增加。

下面我们通过PKPM计算结果我们可以找出剪重比不足的原因，我们结合规范对SATWE计算结果参数进行分析。SATWE周期、地震力与振型输出文件中考虑扭转耦联时的振动周期（秒）、X，Y方向的平动系数、扭转系数振型号表达示例见表1。

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第3.4.5条规定结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于085。实际设计时结构的第一、第二振型宜为平动，且平动系数宜大于0.8，扭转周期宜出现在第三振型，以满足高规7.1.1条条文要求的结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。结构的刚度与对应周期大小成反比关系，即刚度越大周期越小，刚度越小周期越大。不同结构类型的建筑都可以根据其层数和高度估算出X向与Y向的第一平动周期，可根据周期大小看出结构刚度大小是否合适。如周期大小和第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比均合适，而剪重比不足的楼层数还较多，这时一般平动系数（X+Y）值较小或平动系数组成中X+Y两个指标均较小，转角角度与X向或Y向夹角相对较大。SATWE计算两个方向地震力时分别按各振型作用下X向和Y向的基底剪力与平动系数中（X+Y）对应系数相乘相加。剪重比不满足向地震剪力因存在分量而被削弱，进而导致剪重比不足，从结构整体空间振动简图中也可以看出倪端。一个好的计算模型应控制平动系数（X+Y）中有一指标大于0.9，此时剪重比一般可满足规范要求，且配筋和位移角较为合理，否则，即便剪重比满足要求也会有构件配筋较大或双向地震作用下位移角较小。

至于平动系数（X+Y）调整方法，一般应X向与Y向抗侧力构件同时作调整，加大扭转刚度，X向与Y刚度一向加大时，另一向刚度应减小，同时加大或同时减小时效果不大。

以上调整方法适用于普通建筑，当结构中有开设大洞，有较多的自由悬臂构件，错层结构模型输入方法不当等等也会影响地震剪力的计算，进而影响剪重比的计算结果。设计时应对症下药，采取合适的处理措施。

总之，剪重比是结构布置合理性的重要体现，工程设计中应其指标严格控制，以达到满足结构的安全合理。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准：高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010）[S].

[2]中华人民共和国行业标准：建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].