哈尔滨工业大学建筑设计研究院
摘要：设计高层建筑的结构体系时，必须关注多个方面的结构性能设计需要，尤其是结构安全性能方面的需求。通过抗震设计可以帮助消除结构系统中的不稳定因素，将设计问题消除，优化结构设计格局。在结合建筑所处区域的地质灾害出现情况来完成抗震设计工作时，还需对结构系统的剪重比问题加以处理。现探讨抗震设计环节出现的剪重比问题。
关键词：高层建筑工程；结构系统；抗震设计；剪重比问题
在建筑系统中，结构部分比较容易因受到外部高强度影响而出现失稳的问题，尤其是再出大型地质灾害时，结构受到的影响也是极大的，为了使建筑在多种外部条件下都可以确保内部安全性，设计者要关注抗震设计需要，通过特殊的技术手段，来保护建筑的结构，使其具有更强的抗震性。现探讨结构剪重比问题，提供适合被应用到抗震设计环节的技术性建议。
1 剪重比概述
结构设计要求极为严格，设计者应当注重对各种关键的设计参数进行把握，根据科学的设计规范来检查结构系统，在对结构具有抗震能力进行测算时，要运用正确的公式来获取水平剪应力数值，随着建筑使用时间被延长，地震影响系数将会出现降低的状况，且降低的速度极快，依照相应的地震系数曲线就可发现系数出现的变动，因受到地震灾害这种动态化的影响，建筑结构会出现明显的位移情况，地面也会因此而被破坏，在这种条件下对地震影响系数进行确定时，要考虑到其中会带来实质影响的不稳定因子。
对常规的建筑框架结构来说，可以依据经验公式去估算结构周期，也就是T =（0.07--0.09）N，其中N就是普通框架结构中的楼层数，要是建筑工程场地是一类，则结构周期计算也就可以依据公式去计算。
根据相应的数值变动曲线来看，如果建筑的结构是框架式的结构，当其层数增高时，地震影响系数就会以相对比较快的速度降低。同时楼层部位的水平类型的地震剪力也会随之变小。这种现象与设计者预设的变动现象并不相符，甚至是完全矛盾的，一般会认为，楼层的数量越多，结构受到地震的影响也就越严重。因此可知在确定水平地震剪力的情况时，需将楼层当做重要指标。如果框架结构的规模相对较大，也要注意楼层这一方面的影响。设计者在接触抗震设计工作后，需使整个结构系统都保持稳定与强大的抗震性能，就必须对剪重比加以重视。
2 调整剪重比的方法
在根据抗震设计工作需要对剪重比进行调整时，可通过以下科学的方法来达成调整剪重比的工作目的。
2.1 调整程序系统
当剪重比偏不但与规范限值相差不大时，可以按下列方法之一进行调整：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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在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。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。
2.2 人为调整行为
如果规范限制与剪重比之间存在较大的差距，需要对以下抗震设计状况加以关注，并及时做好调整剪重比的设计工作，如果地震剪力数值相对比较小，结构层间侧移幅度也比较大，可认为建筑结构的柔性过强，应当将柱部件的截面积加大，使结构具有更强的刚度；如果地震剪力的数值比较大，但是侧移幅度比较小，可以确定结构系统的刚性过强，同样需要对墙柱的截面积进行调整，减小截面积数值，以便可以达到相应的技术指标。
2.3 调整注意事项
根据抗震设计规范提出的要求与相应的设计要点，还要对以下重点事项进行关注，并根据结构设计状况来做出不同的调整工作。根据设计规范中给剪重比设置提出的要求，可以了解到，如果结构底部的整体剪力数值之间的差距比较大，需要对总体布置以及结构选型加以调整，同时可以参考增大系数，进而完成调整剪重比的工作任务。如果结构底部的整体剪力不能对最基本的要求有效满足，应当调整多个楼层的建立数值，即使剪力数值满足相应要求的楼层也需被检查。剪重比调整工作属于系统化的工作，一处数值发生了改变，其他相关数值也需被及时调整，在地震剪力数值出现变动之后，与之相关的位移、内力以及倾覆力矩也必须随之发生变动，调整工作需确保全面化。
3 在实际案例中处理剪重比问题
某超限高层为框筒结构，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。
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。
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。对于超高层建筑来说，有很多底部楼层的剪重比都和规定的限值有所差距，尤其是的一类场地和二类场地中比较常见，所以在规范剪重比的时候，还要将场类别这一影响因素考虑在其中，从而对设计原理有所掌握。
4 结束语
建筑的抗震设计工作本身就比较复杂，结构系统之间还存在相互影响的关系，一处设计不当，其他结构部位也会因此而受到影响。而在处理剪重比问题，需要着重关注限制问题，以保障高层建筑的每一个楼层的实际剪力数值都可以满足限制要求，提升整体建筑结构的安全性，避免建筑结构被影响。如果设计的是超高层建筑，剪重比处理工作则更加关键，抗震设计工作尚存开发空间。
参考文献：
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[2]郁春春.（2016）. 高层建筑结构抗震设计中关于剪重比的分析. 四川水泥（5），84-84.
[3]元超华.（2014）. 结构抗震设计中的剪重比问题的讨论. 城市建设理论研究：电子版（21）.
论文作者:董莉
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/12
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