楼层最小剪力系数分析

殷实

【摘要】中国处在世界两大地震带之间——太平洋地震带、欧亚地震带，每一年都会发生许多次地震。抗震设计是国内结构设计层面一个关键板块，是有关国民安居乐业与国泰安康的重要课题[1]。本论文探究的内容是长周期结构抗震设计反应谱下的最小地震剪力系数，经过模型解析反映出国家标准中存有的部分问题漏洞。我国研究者的观点是结构抗震设计的时候楼层最低地震剪力指标与地震反应极值相关，但是与场地[2]类别没有关系，在同一条件之下，在硬土场地上的构筑物地震反应反超软土场地上的情况[3]。

【关键词】长周期结构;反应谱;弹性时程分析;最小地震剪力系数

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.15.105

剖析模型的主体楼层数是54层，楼层总高度为210 m。运用钢筋砼框体结构，标准层层高是3.7米，地下四层，基础类别是筏板基础，六度区。

1、反应谱与动力时程比较

本论文选择时程曲线运算基底剪力，对时程谱之下的地震剪力系数的均值和反应谱下地震剪力指数展开比较。地震剪切指数的大小均是伴随主体高度表现出非线性增长趋势，伴随楼层愈高，增加速率愈快。双向地震影响下弹性时程地震剪切指数在各个楼层均低于反应谱地震剪力系數。

反应谱地震剪力指数相比于弹性时程地震剪力指数要明显安全，愈是底层楼层这一效果就愈显著。地震作用沿着高程方向变动较为均匀，各个楼层质量分布较为均匀。地震影响下结构最大层间移位角大概是标准数值的百分之四十，按照0.8%的底层剪切力指数反向推算的层间移位角可以符合标准要求，可不执行结构布置调节，按照标准乘上对应的剪力放大参数。

本项目最小剪力指数较小的原因是由于地震影响偏低，而不是结构刚度偏弱，按照标准对剪切力指数最低值的要求执行承受力校核，经过程序对其执行自行调节后的结构各楼层对照于地震作用规范值的剪力、最低地震剪力指数符合要求。

反应谱和动力时程剖析的各楼层最大移位能够发现，标准谱运算的顶楼最大移位大概是动力时程剖析的二倍，而且在顶层具有很大的突变，反应谱移位相比于弹性时程移位要大，愈是在顶层，这一差别就愈显著。可知我国标准设计谱运算的移位反应过度保守，并不满足结构实际的地震响应状况，可能造成过于保守的抗震设计。

2、层高对最小剪力系数的影响

经过两次降低楼层高度加大刚度，最低剪切力系数依次增加了1.14与1.28倍。能够初步得到，在其它条件固定不变的状况下，最低剪切力指数和楼层高度成反比例关系。但降低了楼层高度的同时也加大了结构自震周期，而《抗规》指出的最低地震剪力指数限制值也加大了。调整楼层高度对结构刚度、基础周期影响显著，对各楼层剪力指数影响也比较显著。但标准对不同基础周期的结构最低地震剪力指数限制值也不一样，当架构基础周期在3.5s～5s之间的时候，最低地震剪力系数限制值伴随架构基础周期的变小而加大。因此经过调整楼层高度的方法，难以拉开运算最低地震剪切力指数和标准限制值的差距。假如架构在六度区无法达到标准最低地震剪力指数限制值的要求，经过降低楼层高度加大刚度的方法收效甚微。

控制楼层高度尽管对最低剪切力系数无显著效用，但能够显著降低结构位移，增大架构刚度储备，提升结构的舒适度。所以，设计在确保运用净高的基础上，尽量减低楼层高度，降低架构位移。

3、平面刚度差对最小剪力系数的影响

上述文章讲述剖析的超高层模型增添X方向剪力墙A1、A2、A3与A4，记作模型二;持续增添剪力墙B1、B2、B3与B4，记作模型三。剪力墙平面外刚度比较弱，相比于平面内基本能够不作考虑。经过增添剪力墙而增大结构刚度的方法，对提升最低剪力系数发挥的效用不够显著。

各个楼层剪切力指数谱线能够发现，模型2与模型3增添X方向剪力墙之后，各楼X方向地震层剪切力指数均有增加，特别是模型3的剪切力指数除去中心少许楼层增长显著。Y向三个模型的地震剪力系数曲线基本重合，说明地震剪力系数是有方向性的，增加一个方向刚度对另一个方向地震剪力系数的影响是可以忽略的。框架核心筒结构自身就具有较强的抗扭强度，假如平面布设尺寸标准，是不易出现扭转的。所以，对平面规则的框体核心筒架构，可无需过多考量扭转效应，也可忽视扭转效用对最低剪切力指数的影响

不同刚度模型

小结：

本章节对结构依次执行单方向输入激励，同时以各个方向地震影响下的剪切力系数当作对比指标。比较了反应谱剖析和动力时程解析下的地震剪切力指数，经过一连串的参数剖析，探究管控最小地震剪力系数的办法，剖析其实际效用，获得主要结论显示如下：

（1）动力时程剖析地震剪力系数和反应谱解析地震剪力系数沿楼层发展的趋势一致，时程解析大部分楼层地震对应低于标准反应谱解析，时程解析最低地震剪切力系数低于我国标准反应谱。

（2）标准谱下地震剪力指数对应较为保守，假如再按照标准最低地震剪力系数增大底层地震剪力，可能会造成过度保守的抗震设计，导致过多的冗余量。

（3）标准建议通过调节结构布置或者加大结构刚度的办法来调控最低地震剪力系数并不是对全部工程项目都效果显著，并且调节的代价成本较高。这类做法可以把控楼层层间移位，对优化架构的抗震性拥有极大的帮助。

参考文献：

[1]喻尘.一座城市的裂痕唐山地震三十年[J].华夏人文地理， 2006（4）：48-63.

[2]蒋建，吕西林，周颖，蒋欢军.考虑场地类别的阻尼比修正系数研究[J].地震工程与工程振动，2009，29 （1）：153-161.

[3]方小丹，魏琏，周靖.长周期结构地震反应的特点与反应谱[J].建筑结构学报，2014，35（3）：16-23.

作者简介：

殷实（1989.07-），男，汉族，湖南湘潭，硕士，工程师，研究方向：工作方向：结构设计。