高層建筑結(jié)構(gòu)剪重比影響因素及抗震性能分析

呂曉冬

摘?要：本文針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)剪重比影響因素及抗震性能，結(jié)合理論實(shí)踐，在簡(jiǎn)要闡述剪重比概念的基礎(chǔ)上，分析了影響高層建筑結(jié)構(gòu)剪重比的主要因素，并提出提升高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的措施。分析結(jié)果表明，高層建筑結(jié)構(gòu)剪重比對(duì)抗震性能的影響比較大，在具體設(shè)計(jì)和施工中，必須充分結(jié)合工程特性，重視剪重比，才能保證高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性、安全性、穩(wěn)定性等，值得高度重視。

關(guān)鍵詞：高層建筑;剪重比;影響因素;抗震性能

在高層建筑結(jié)構(gòu)施工中受到的影響因素比較多，對(duì)施工質(zhì)量、抗震性能有非常嚴(yán)格的要求。一旦遇到地震，就會(huì)對(duì)高層建筑上部結(jié)構(gòu)造成較大影響，引發(fā)振動(dòng)現(xiàn)象，也就是結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。在高層建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到抗震設(shè)計(jì)和施工中，必須高度重視剪重比，保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，避免地震時(shí)引發(fā)高層建筑結(jié)構(gòu)位移，從而提升高層建筑結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展性能。基于此，開(kāi)展高層建筑結(jié)構(gòu)剪重比影響因素及抗震性能的分析和研究就顯得尤為必要。

1?剪重比的定義

在剪重比主要是作用是控制各樓層最小地震剪力，確保結(jié)構(gòu)安全性。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，必須高度重視剪重比，按照現(xiàn)行的規(guī)范的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行全方位的抗震驗(yàn)算，保證所有樓層的水平剪力都滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。高層建筑結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，地震影響系數(shù)會(huì)逐步降低，通過(guò)地震影響系數(shù)曲線(xiàn)中清楚看出。因此，對(duì)設(shè)計(jì)使用年限比較舊的高層建筑結(jié)構(gòu)而言，一旦遇到地震，會(huì)造成非常嚴(yán)重的破壞。此時(shí)，計(jì)算出來(lái)的地震影響系數(shù)多處于不安全狀態(tài)?，F(xiàn)有規(guī)范對(duì)水平地震剪力也有一定要求，對(duì)常規(guī)建筑框架結(jié)構(gòu)而言，可按照實(shí)際的公式和經(jīng)驗(yàn)來(lái)估算出高層建筑結(jié)構(gòu)周期，估算工時(shí)為T(mén)=（0.07～0.09）N，其中T為高層建筑結(jié)構(gòu)周期，而N就高層建筑結(jié)構(gòu)的樓層數(shù)量。

2?高層建筑結(jié)構(gòu)剪重比影響因素

從地震影響系數(shù)曲線(xiàn)中可清楚看出，高層建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)越高，則在水平地震影響系數(shù)系降低速度就越快，地震剪力就會(huì)越小，和人們的理論認(rèn)知正好相反，比如對(duì)一個(gè)地震設(shè)防烈度為6度的高層建筑結(jié)構(gòu)而言，框架結(jié)構(gòu)規(guī)范中明確規(guī)定，最大的高度為60m，樓層最大層數(shù)也就只有15層左右，但全面很多高層建筑結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這一標(biāo)準(zhǔn)^[1]。從中可以看出，現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)樓層的最大高度和地震剪力的規(guī)定是沒(méi)有必要的。剪重比控制的前提條件是有效質(zhì)量系數(shù)，按照施工經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)的有效質(zhì)量系數(shù)超過(guò)0.9時(shí)，則基礎(chǔ)的剪力誤差通常在0.5%以下，因此，只有高層建筑結(jié)構(gòu)的有效質(zhì)量系數(shù)大于0.9，才具有良好的抗震性能。目前在高層建筑結(jié)構(gòu)剪重比設(shè)計(jì)中，多采用SATWE軟件進(jìn)行分析，通過(guò)此軟件，可自動(dòng)計(jì)算參數(shù)并輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)剪重比的合理調(diào)整。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果剪重比不滿(mǎn)足，可按照不同工程條件進(jìn)行分析解決，不能一味的增加結(jié)構(gòu)剛度，更加不能一味的用SATWE軟件調(diào)整地震剪力降低結(jié)構(gòu)的剛度。科學(xué)合理的控制是高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)中解決剪重比不足的主要方法。

3?提升高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的措施

3.1?進(jìn)行科學(xué)合理的程序調(diào)整

在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)中，如果發(fā)現(xiàn)剪重比不足，可用SATWE程序進(jìn)行調(diào)整，在調(diào)整信息中選擇“按抗震規(guī)范調(diào)整各樓層地震內(nèi)力”，通過(guò)SATWE程序自動(dòng)的功能，可按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定^[2]。自動(dòng)將樓層最小地質(zhì)剪力系數(shù)直接乘以該層及以上重力荷載代表值的和，從而對(duì)該樓層的地震剪力進(jìn)行有效調(diào)整，從而最大限度上滿(mǎn)足高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能對(duì)剪重比的要求。此外，也可以進(jìn)行人工調(diào)整，主要包括以下幾個(gè)方面：

第一，如果地震剪力比較小，層間側(cè)移角比較大時(shí)，說(shuō)明高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能不足，結(jié)構(gòu)過(guò)柔，此時(shí)可通過(guò)加大墻面、柱墻面的方法來(lái)提升高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度，保證高層建筑對(duì)抗震性能的要求。

第二，如果地震剪力比較大，層間側(cè)移角比較小時(shí)，表明高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度過(guò)大，此時(shí)可適當(dāng)減小墻面和柱截面，以降低高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度，在保證抗震性的基礎(chǔ)上，滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的的要求。

第三，如果地震剪力比較小，側(cè)移角恰當(dāng)時(shí)，可通過(guò)SATWE程序進(jìn)行調(diào)整，在“調(diào)整信息”中的“全樓地震作用放大系數(shù)”中輸入大于1的系數(shù)增大地震作用，以滿(mǎn)足剪重比要求^[3]。當(dāng)通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件SATWE程序計(jì)算，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整系數(shù)處于1.2～1.3間時(shí)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)平面布置出現(xiàn)了不合理的情況，應(yīng)及時(shí)調(diào)整結(jié)構(gòu)平面和豎向布置，降低地震剪力的自動(dòng)調(diào)整系數(shù)。一般應(yīng)使調(diào)整后的地震剪力調(diào)整系數(shù)小于1.2，才能保證結(jié)構(gòu)平面相對(duì)合理。

3.2?合理放大剪力

為滿(mǎn)足高層建筑工程對(duì)抗震性能的要求，可適當(dāng)放大各樓的地震剪力，從而滿(mǎn)足對(duì)剪重比的要求，促使剪重比達(dá)到限制，從而最大限度提升高層建筑結(jié)構(gòu)和各樓層的抗震性能，也可以有效保證飛樓層的抗剪承載力，從而提升高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。

3.3?提高結(jié)構(gòu)剛度

在高層建筑工程建設(shè)中，科學(xué)合理的提升結(jié)構(gòu)剛度，可有效減少結(jié)的基本周期，主要機(jī)理是通過(guò)提升判別值的方法，促使剪重比能夠到達(dá)設(shè)計(jì)要求。但此種調(diào)整方法，和高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)的基本理念有所不同。因?yàn)?，要確定結(jié)構(gòu)的形式和高度還有質(zhì)量和剛度的分布情況本來(lái)就要花費(fèi)很大的時(shí)間去設(shè)計(jì)，還要經(jīng)過(guò)反復(fù)的驗(yàn)證和比較最后才有一個(gè)大致的模型^[4]。所以，此種情況下，對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的調(diào)整難度比較大，這就需要對(duì)之前的工程進(jìn)行重新計(jì)算和估量，會(huì)造成較大資源的無(wú)辜浪費(fèi)，從而高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)理論入手進(jìn)行分析，結(jié)合工程實(shí)際情況，對(duì)剪重比進(jìn)行合理調(diào)整，從而最大限度提升高層建筑工程的抗震性能。

4?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，分析了高層建筑結(jié)構(gòu)剪重比影響因素及抗震性能，分析結(jié)果表明，剪重比對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的影響比較大，為提升抗震性能，必須結(jié)合工程特性和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，合理調(diào)整剪重比，在滿(mǎn)足高層建筑結(jié)構(gòu)對(duì)剛度、安全性、穩(wěn)定性要求的基礎(chǔ)上，全面提升抗震性能。

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