高层建筑结构剪重比影响因素及抗震性能分析

吕晓冬

摘 要：本文针对高层建筑结构剪重比影响因素及抗震性能，结合理论实践，在简要阐述剪重比概念的基础上，分析了影响高层建筑结构剪重比的主要因素，并提出提升高层建筑结构抗震性能的措施。分析结果表明，高层建筑结构剪重比对抗震性能的影响比较大，在具体设计和施工中，必须充分结合工程特性，重视剪重比，才能保证高层建筑结构的抗震性、安全性、稳定性等，值得高度重视。

关键词：高层建筑;剪重比;影响因素;抗震性能

在高层建筑结构施工中受到的影响因素比较多，对施工质量、抗震性能有非常严格的要求。一旦遇到地震，就会对高层建筑上部结构造成较大影响，引发振动现象，也就是结构地震反应。在高层建筑结构达到抗震设计和施工中，必须高度重视剪重比，保证设计的科学性和合理性，避免地震时引发高层建筑结构位移，从而提升高层建筑结构的扩展性能。基于此，开展高层建筑结构剪重比影响因素及抗震性能的分析和研究就显得尤为必要。

1 剪重比的定义

在剪重比主要是作用是控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性。因此，高层建筑结构抗震设计中，必须高度重视剪重比，按照现行的规范的高层建筑结构抗震规范和标准，进行全方位的抗震验算，保证所有楼层的水平剪力都满足设计要求。高层建筑结构在长时间使用过程中，地震影响系数会逐步降低，通过地震影响系数曲线中清楚看出。因此，对设计使用年限比较旧的高层建筑结构而言，一旦遇到地震，会造成非常严重的破坏。此时，计算出来的地震影响系数多处于不安全状态。现有规范对水平地震剪力也有一定要求，对常规建筑框架结构而言，可按照实际的公式和经验来估算出高层建筑结构周期，估算工时为T=（0.07～0.09）N，其中T为高层建筑结构周期，而N就高层建筑结构的楼层数量。

2 高层建筑结构剪重比影响因素

从地震影响系数曲线中可清楚看出，高层建筑结构的层数越高，则在水平地震影响系数系降低速度就越快，地震剪力就会越小，和人们的理论认知正好相反，比如对一个地震设防烈度为6度的高层建筑结构而言，框架结构规范中明确规定，最大的高度为60m，楼层最大层数也就只有15层左右，但全面很多高层建筑结构远远超过这一标准^[1]。从中可以看出，现行的《建筑抗震设计规范》对楼层的最大高度和地震剪力的规定是没有必要的。剪重比控制的前提条件是有效质量系数，按照施工经验可知，当高层建筑结构的有效质量系数超过0.9时，则基础的剪力误差通常在0.5%以下，因此，只有高层建筑结构的有效质量系数大于0.9，才具有良好的抗震性能。目前在高层建筑结构剪重比设计中，多采用SATWE软件进行分析，通过此软件，可自动计算参数并输出，从而实现对剪重比的合理调整。在高层建筑结构设计中，如果剪重比不满足，可按照不同工程条件进行分析解决，不能一味的增加结构刚度，更加不能一味的用SATWE软件调整地震剪力降低结构的刚度。科学合理的控制是高层建筑结构抗震性设计中解决剪重比不足的主要方法。

3 提升高层建筑结构抗震性能的措施

3.1 进行科学合理的程序调整

在高层建筑结构抗震性能设计中，如果发现剪重比不足，可用SATWE程序进行调整，在调整信息中选择“按抗震规范调整各楼层地震内力”，通过SATWE程序自动的功能，可按照《建筑抗震设计规范》中的相关规定^[2]。自动将楼层最小地质剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值的和，从而对该楼层的地震剪力进行有效调整，从而最大限度上满足高层建筑结构抗震性能对剪重比的要求。此外，也可以进行人工调整，主要包括以下几个方面：

第一，如果地震剪力比较小，层间侧移角比较大时，说明高层建筑结构抗震性能不足，结构过柔，此时可通过加大墙面、柱墙面的方法来提升高层建筑结构的刚度，保证高层建筑对抗震性能的要求。

第二，如果地震剪力比较大，层间侧移角比较小时，表明高层建筑结构的刚度过大，此时可适当减小墙面和柱截面，以降低高层建筑结构的刚度，在保证抗震性的基础上，满足经济技术指标的的要求。

第三，如果地震剪力比较小，侧移角恰当时，可通过SATWE程序进行调整，在“调整信息”中的“全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^[3]。当通过结构计算软件SATWE程序计算，发现自动调整系数处于1.2～1.3间时，说明结构平面布置出现了不合理的情况，应及时调整结构平面和竖向布置，降低地震剪力的自动调整系数。一般应使调整后的地震剪力调整系数小于1.2，才能保证结构平面相对合理。

3.2 合理放大剪力

为满足高层建筑工程对抗震性能的要求，可适当放大各楼的地震剪力，从而满足对剪重比的要求，促使剪重比达到限制，从而最大限度提升高层建筑结构和各楼层的抗震性能，也可以有效保证飞楼层的抗剪承载力，从而提升高层建筑结构抗震性能。

3.3 提高结构刚度

在高层建筑工程建设中，科学合理的提升结构刚度，可有效减少结的基本周期，主要机理是通过提升判别值的方法，促使剪重比能够到达设计要求。但此种调整方法，和高层建筑工程抗震设计的基本理念有所不同。因为，要确定结构的形式和高度还有质量和刚度的分布情况本来就要花费很大的时间去设计，还要经过反复的验证和比較最后才有一个大致的模型^[4]。所以，此种情况下，对结构刚度的调整难度比较大，这就需要对之前的工程进行重新计算和估量，会造成较大资源的无辜浪费，从而高层建筑结构的相关理论入手进行分析，结合工程实际情况，对剪重比进行合理调整，从而最大限度提升高层建筑工程的抗震性能。

4 结语

综上所述，本文结合理论实践，分析了高层建筑结构剪重比影响因素及抗震性能，分析结果表明，剪重比对高层建筑结构抗震性能的影响比较大，为提升抗震性能，必须结合工程特性和现场实际情况，合理调整剪重比，在满足高层建筑结构对刚度、安全性、稳定性要求的基础上，全面提升抗震性能。

参考文献：

[1]魏琏，韦承基，王森.高层建筑结构抗震设计中的剪重比问题[J].深圳土木与建筑，2013，000（003）：P.16-20.

[2]王福明，沈蒲生.满足规范剪重比要求的高层结构基本自振周期研究[J].湖南大学学报：自然科学版， 2015（42）：13.

[3]黄淼.谈高层混凝土结构设计结构性能控制参数[J].建筑知识：学术刊， 2013（B06）：376-376.

[4]库尔班江.图尔迪.高层建筑结构设计中的几个问题分析[J].中小企业管理与科技，2009，000（015）：152，153.