摘要:随着国家经济水平的提高和城市化进程的加快，越来越多的高层建筑涌现出来。这些高层建筑的出现不仅为很多人改了生活和工作环境，还间接的体现着人均经济水平的提高。虽然大量高层建筑的出现促进着社会经济的发展，但是很多高层建筑结构的抗震水平却不是很高。一些地震频发地区的高层建筑结构对抗震设计的理念也与当地地质环境有所矛盾。这种现象的出现不仅大大降低高层建筑的使用价值，还在很大程度上威胁着人们的生命安全。本篇文章就高层建筑结构抗震设计中的剪重比问题进行简单的论述，并提出了一些观点，希望能对高层建筑的抗震设计工作有所帮助。
关键词:高层建筑；抗震设计；剪重比
剪重比是高层建筑结构抗震设计中重要的组成部分，因为剪重比涉及到的数据对建筑结构抗震设计起着重要的参考作用，对后期抗震结构设计也有着非常大的影响。在近几年高层建筑领域发展的过程中，很多施工团队不仅加强了对建筑结构抗震性能的重视，同时还提高了对抗震设计中剪重比的重视。由于剪重比与高层建筑整体布置和建筑的经济价值有着非常密切的联系，所以一些建筑工程团队还聘请了专业的剪重比研究人员，以此来为抗震设计工作的开展提供保障。但是仍然有一些高层建筑工程只注重抗震设计的工作，而忽视了其中剪重比的重要性，从而影响了整体抗震结构设计工作的开展。因此，如何正确的对待抗震设计中的剪重比问题，成为了很多建筑工程需要考虑的内容。
一、剪重比的概述
地震时由于地震波的作用产生地面运动，通过房屋基础影响上部结构，使结构产生振动称为结构的地震反应。建筑结构的地震反应与地面运动特性及建筑本身的动力特性有关。建筑本身的动力特性是指建筑物的自振周期、振型与阻尼，它们与建筑物的质量和结构的刚度有关。通常质量大，刚度大。周期短的建筑物在地震作用下的惯性力较大；特别是当地震波的卓越周期与建筑物自振周期相近时，会引起类共振，结构的地震反应加剧。因此，建筑设计应根据抗震概念设计的要求，重视其平面、立面、竖向剖面的规则性对抗震性能及其经济合理性的影响。现行规范为确定整体结构的合理性提出了几个主要控制指标：结构的周期、位移、位移比；结构的各层刚度比；竖向构件的轴压比；刚重比；剪重比等。结构的周期、位移、位移比是控制结构因平面不规则造成扭转效应的重要指标。结构的各层刚度比、竖向构件的轴压比是控制结构竖向不规则及结构延性的指标。刚重比是控制结构整体稳定性的重要指标。剪重比则是控制结构安全性的指标。
剪重比是抗震设计特别重要的参数，相关抗震规范规定，抗震验算时，结构任意楼层的水平地震剪力都应符合公式的要求。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，从地震规范中的地震影响系数曲线形态上就可见一斑。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力，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稳状态，所以规范也对其进行了最低水平地震剪力的要求。
二、抗震设计中剪重比的调整
1、程序调整
在高层建筑结构抗震设计过程中，相关工作人员需要根据建筑结构的特征和空间环境构造对剪重比进行相应的调整，以此来保证结构抗震性能的质量。如果在实际施工中，剪重比的限制超过了规范的范围，那么就可以通过程序调整的方式对其进行处理。如在程序中选择调整信息，然后在根据调整范围的需要设置相应的载荷代表值和剪力系数。或者在地震信息中对相应的中期折减系数进行调整，以此来提高抗震结构设计效果，实现剪重比的调整价值。
2、人工调整
人工调整也是剪重比调整方式的一种，这种方式主要适用在剪重比数值与规范值相差较大的时候，一般以两种情况体现出来。第一种情况是，当建筑结构抗震设计中的剪力值偏小，但是结构层之间的侧移值偏大的时候，需要通过人工调整的方式进行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第二种情况是，当建筑结构抗震设计中的剪力值偏大，但是结构层之间的侧移值偏小的时候，需要采用人工的方式对剪重比进行调整。
3、剪重比调整中的注意事项
抗震强制性条文规定剪重比限值是为了保证楼层剪力不小于一定限值，从而提高结构安全度，对保证结构的抗震安全性是有利的。第一，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的方法处理。第二，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。第三，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。
三、工程案例分析
以某超限高层为框筒结构为例，该建筑共55层，总高度为258m，抗震设防烈度为7度，场地类别为II类，设计地震分组为第一组。结构基本周期为5. 80S，结构总重量为16750440kN，计算取15个振型，其有效质量系数为96%，水平地震影响系数a=0.0123，规范规定的剪重比限值为1.20%。
在不考虑周期折减时，X方向的基底剪力为15623kN，以X方向振动为主的第1振型对应的基底剪力为14150kN，第1振型的剪力比为90. 56%，相应的第1振型参与质量比为68.54%。代入公式，得出结果，即结构不满足规范剪重比限值的要求。计算得X方向1-15层的剪重比为0. 93%-1.18%，这些楼层均不满足规范-剪重比限值的要求。并求得结构底层剪重比为0.93%，与计算所得结果一致。
1、采用增大结构刚度的方法对剪力墙做如下调整
将厚400mm的墙加厚至600mm；将厚250，200mm的墙加厚至300mm。在不考虑周期折减时，将结构基本周期由5.80S减不为5.63S，结构的总重量增大为1702182kN，水平地震影响系数a=0.0122，有效质量系数为96%，第1振型的剪力比为90.49%，第1振型参与质量比为68. 87%，规范规定的剪重比限值为1.20%。将以上数值代入公式，得出结构还是不满足规范剪重比限值的要求。计算得到X方向1-15层的剪重比为0.95%-1.19%，这些楼层仍不满足规范-剪重比限值的要求。可见，加厚剪力墙的改进效果很有限，欲通过调整结构刚度或重量使结构满足规范剪重比限值的要求是十分困难的。
2、采用周期折减的方法
考虑周期折减系数为0.85，计算得X方向1-7层的剪重比为1.09%-1.19%，这些楼层不满足规范剪重比限值的要求。再考虑周期折减系数为0.8，计算得X方向1-4层的剪重比为1.10%-1.18%，仍有4个楼层的剪重比不满足规范剪重比限值的要求，但己有明显的改善，此时再对不满足规范剪重比限值要求的楼层采取放大层剪力的方法解决。
四、结束语
就目前高层建筑抗震设计的发展状况来看，虽然一些高层建筑工程在实际施工中能够有效的掌握建筑结构的抗震设计方法，同时还能对结构设计过程中存在的问题和不足之处进行相应的改进与完善。但是一些高层建筑在对抗震设计中剪重比问题进行分析和实际设计的时候，会由于某些因素的影响而出现问题，如设计方案因素、数值计算因素或施工方式因素等。因为剪重比在高层建筑结构抗震设计中起着关键性的作用，对建筑整体的质量也有着重要影响。所以要想提高高层建筑整体的结构的抗震性能，就需要相关设计团队能够在提高对剪重比重视的同时，对其涉及到的数据、技术手段和设计方案等进行深入的了解和掌握，提高剪重比的准确性。另外还要根据建筑结构需要对剪重比进行适当的调整，从而提升建筑结构抗震设计的质量。
参考文献:
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[3]关于高层建筑的剪重比的探讨[J]. 林雪. 福建建设科技. 2013(06)
[4]高层建筑剪重比控制与调整[J]. 田浩. 城市建筑. 2013(14)
论文作者:于涛
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/27
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