地震剪力系数的控制和调整

曲 秀 丽

(中化二建集团有限公司，山西 太原 030021)

地震剪力系数的控制和调整

曲 秀 丽

(中化二建集团有限公司，山西 太原 030021)

结合实践经验，归纳了在计算地震剪力系数时，地震剪力计算应考虑的因素，总结了地震剪力系数不满足规范规定的最小值要求时的调整方法，最后探讨了调整地震剪力时应注意的问题，以供参考。

地震剪力系数，地震剪力，基本自振周期

地震剪力系数λ俗称剪重比，为楼层地震剪力标准值与对应的重力荷载代表值的比值，主要为限制各楼层的最小水平地震剪力，是结构抗震设计主要的控制指标之一。

由《建筑抗震设计规范》图5.1.5及《高层建筑混凝土结构技术规程》图4.3.8地震影响系数曲线图可知，地震影响系数在长周期段下降较快。对于T>3 s的结构，由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能过小偏于不安全，但对于周期较长的结构，地震引起的地面运动速度和位移反而对结构的破坏可能有更大的影响。但规范所采用的振型分解反应谱法对此影响尚未能做出合理估计的方法。

笔者通过学习结构设计大师们的专业著作和自己多年的设计实践，对剪重比控制计算时，地震剪力计算需要考虑的因素及剪重比不满足规范最小值要求当如何进行调整，进行了归纳总结和大家共同学习和探讨。

为述及方便，下文将《建筑抗震设计规范》简称为《抗规》，将《高层建筑混凝土结构技术规程》简称为《高规》。

1 剪重比计算时，地震剪力计算应考虑的因素

《抗规》5.2.5条要求：

Veki>λ∑Gj。

其中,Veki为第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力；Gj为第j层的重力荷载代表值；λ为剪力系数，不应小于λmin，λmin值详见《抗规》表5.2.5或《高规》表4.3.12。

楼层地震剪力计算结果尚应根据不同情况分别考虑以下因素进行调整后，进行剪重比的计算。

1)结构薄弱层地震剪力应乘增大系数。

刚度变化、承载力变化及竖向构件的连续性，符合《抗规》表3.4.3-2中竖向不规则类型的楼层统称为结构薄弱层。

《抗规》第3.4.4-2条要求对“平面规则但竖向不规则的建筑，在刚度小的楼层的地震剪力应乘以不小于1.15的增大系数”。笔者理解“刚度小的楼层”为《抗规》表3.4.3-2中“侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%的楼层”。

同样对于竖向不规则结构，《高规》3.5.8条要求结构薄弱层地震剪力均应乘以1.25的增大系数，并不仅限于刚度小的楼层。应注意两本规范的不同。

由此调整后的地震剪力计算的地震剪力系数应大于1.15倍的λmin。

2)采用底部剪力法计算地震作用时凸出屋面的小建筑的地震剪力应考虑增大。

由于凸出屋面的小建筑的质量和刚度突然减小，鞭端效应显著，其地震剪力宜考虑乘以3的增大系数。《抗规》5.2.4条及《高规》C.0.3条均对此有所规定，此增大部分的地震剪力仅用于凸出屋面的小建筑本身及与其直接相连接的主体构件，不再向下传递。

底部剪力法是结构抗震设计计算的一种简化方法。随着计算机的普及应用，底部剪力法在实际工程中的应用越来越少，但其概念简单清晰，在方案和初步设计阶段常常用到，因此正确理解底部剪力法还是非常有必要的。

3)刚性地基假定计算的地震剪力的折减。

《抗规》5.2.7条规定，抗震计算时，抗震设防烈度8度，9度的建于Ⅲ，Ⅳ场地，基础形式采用箱基、刚性较好的筏基和桩箱联合基础的钢筋混凝土高层建筑，当其结构自振周期在1.2Tg～5Tg范围时，如果考虑地基与结构动力相互作用的影响，由于刚性地基分析的水平地震作用在1.2Tg～5Tg范围内有明显的折减，故对采用刚性地基假定计算的水平地震剪力可按《抗规》5.2.7条规定进行折减，折减后的地震剪力也应满足最小地震剪力系数要求。

但由于考虑到地震作用的复杂性和不确定性，以及我国的地震作用与国外相比取值还较小，偏于安全考虑，一般情况下可按刚性地基假定计算，不考虑地基与上部结构的相互作用影响，故这一折减仅在必要时进行。

4)底框结构的底框部分地震剪力的调整。

底部框架—抗震墙结构是我国现有经济条件下的特有的结构形式，由两种抗震性能不同的材料混合承重，属于侧向刚度变化很大，传力不直接的不规则结构，结构体系极不合理，故规范采取增大底层的地震作用效应以减少底层的薄弱程度。

《抗规》7.2.4条规定对此类结构的底层和底部两层的地震剪力均应乘以1.2～1.5的增大系数，可根据与上部刚度比值的大小来确定增大系数，刚度比大的增大系数取大值，刚度比小的取小值。此条规定的调整是对结构底部总剪力的调整，底部抗震墙应能承担经调整后的结构全部地震剪力并满足地震剪力系数最小值的要求。

2 λ值不满足λmin值要求时的调整方法

只有满足最小地震剪力要求，才能进行地震倾覆力矩、构件内力和位移等结构后续抗震计算，地震影响系数曲线见图1。

《抗规》5.2.5条条文说明明确的调整方法总结如下：

1)结构底部总地震剪力略小，而中、上部楼层均满足最小值的情况的调整方法。

a.当T≤Tg,即结构的基本周期处于加速度控制段时，各楼层均乘以相同的增大系数η，η应不小于《抗规》表5.2.5中λmin与调整前计算得的λ值的比值，使其调整后的底部总地震剪力满足地震剪力系数最小值的要求，η一般不应大于1.15。

b.T>5Tg，即结构基本自振周期处于位移控制段时，各楼层均需按底部的地震剪力系数的差值Δλ0增加该层的地震剪力，增加后的地震剪力为Veki′。

Veki′=Veki+Δλ0Veki。

Δλ0=λmin-λ调整前。

c.Tg

2)若超过15%以上楼层的地震剪力系数不满足最小值要求，或底部总剪力相差较多时，说明该结构在选型或平立面布置等不合理，应对结构选型和结构布置进行重新调整，不能单纯采用增大系数的方法进行处理。

3 调整地震剪力应注意的问题

1)当采用时程分析方法进行补充计算时，总地震剪力也应满足最小地震剪力要求。

2)《抗规》5.2.5条文解释明确5.2.5条的规定不考虑阻尼比的要求是最低要求，各类结构均需遵守此条规定。

3)当高层结构的设计水平力较小计算的λ<0.02时，虽然其层间位移角满足规范限值要求，但其刚度有可能不满足《高规》5.4.4条结构整体稳定性的要求，对此也应调整增大其结构抗侧刚度使其满足结构的稳定性要求，调整后的计算结果也应满足地震剪力系数最小值要求。

4 结语

若底部总地震剪力不满足地震剪力系数最小值要求时，说明结构的总侧向刚度偏小，无论各楼层是否满足地震剪力系数最小值要求，各楼层均应调整，不能仅仅调整不满足的楼层。满足最小地震剪力要求是结构后续计算的前提，只有在调整到满足最小地震剪力的要求，方能进行结构的后续抗震计算。随着计算程序的普遍应用，虽然程序可以进行调整但可以人工干预，只有对剪重比概念和影响因素了然于心，才能合理的控制和调整。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范(2016年版)[S].

[2] JGJ 3—2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] 朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析：JGJ 3—2010[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4] 朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析：GB 50011—2010[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[5] 张维斌.混凝土结构设计问答[M].北京：中国建筑工业出版社，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

曲秀丽(1977- )，女，工程师，一级注册结构工程师

TU311.3

A