高层剪重比的调整思路

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1、剪重比的调整思路　　zhangxiaomin309.blog.163.com　　“剪重比”是结构整体控制设计的一项重要指标，当其不能满足规范的要求时，就应该进行必要的调整。对于需调整楼层层数较少（不超过楼层总数的1／3），且“剪重比”与规范限值相差不大（不小于规范限值的80％，或地震剪力调整系数不大于1.2-1.3）的情况，我们可以通过选择“地震力放大系数”等SATWE的相关参数来达到目的；对于需调整楼层层数较多，或与规范限值相差较大的情况，就只能提高结构的刚度。但是在对结构刚度进行调整的时候，我们有时会遇到这样一种情况，我们加大了结构下部“剪重比”不满足规范要求楼层的侧移刚度，但这些楼层的“

2、剪重比”没有多大的变化，有时反而略有减小。问题出在哪里呢？　　我们先来看看规范：规范对结构“剪重比”的要求是基于“振型分解反应谱法”在结构基本周期大于3s时，计算水平地震作用可能偏小的情况，为保证结构的安全而考虑的。这不是简单的局部刚度或承载能力不足的问题，而是规范针对上述情况对“振型分解反应谱法”的修正，即规定了水平地震作用的最小值。因此，只加大结构下部“剪重比”不满足规范要求楼层的侧移刚度，是把结构整体刚度偏柔的问题，当成了局部刚度或承载能力不足的问题，以至于收效不大。　　我们再来看看结构自振周期与水平地震作用的关系：抗震结构中起主要作用的基本振型（靠近两个主轴的方向和扭转方向，其中两个平

3、动为主振型的基底剪力分别沿两个主轴方向为最大值），其自振周期（基本周期）一般都大于设计特征周期。根据规范的“地震影响系数曲线”，此时的地震影响系数与结构基本周期成反比关系。即结构的基本周期越小，水平地震作用效应就越大。而结构的自振周期与结构的刚度成反比关系。这说明采用结构调整的方法加大“剪重比”，需要增大结构的刚度，以减小结构的基本周期。那么，为什么我们加大了结构下部“剪重比”不满足规范要求楼层的侧移刚度，但这些楼层的“剪重比”没有多大的变化，有时反而略有减小呢？　　通过对具体结构的分析，不难发现，当仅增大结构下部少数楼层的侧移刚度时，结构的基本周期变化不大，水平地震作用增幅有限。同时，因为结

4、构刚度的增大，使结构的质量略有增加，致使结构的“剪重比”变化不大。特别是在受到建筑方案的限制，仅能加厚剪力墙的墙厚时，结构质量增加的比率可能大于水平地震作用的增大比率，反而可能导致“剪重比”的减小。但是，当我们改变方式，沿结构自下而上的大多数楼层（包括“剪重比”满足规范要求的楼层）直致结构全高增大结构的侧移刚度时，结构基本周期的减小愈发显著，结构水平地震作用的增大比率愈发大于结构质量的增大比率，结构的“剪重比”也随之增大。这样，我们就找到了解决问题的思路。结论：结构“剪重比”的大小与结构的整体刚度密切相关。当需要通过结构调整的方法来增大结构的“剪重比”时，宜自下而上的沿结构的大多数楼层以致结构

5、的全高增大结构的侧移刚度，才能有效的减小结构基本周期，增大水平地震作用，从而增大“剪重比”，使其接近规范限值，为最终采用“地震力放大系数”等SATWE的相关参数来调整结构的“剪重比”创造条件。控制结构的局部振动使有效质量系数满足规范要求　　zhangxiaomin309.blog.163.com　　在对结构进行整体控制设计的时候，我们有时会遇到这种情况，结构的“有效质量系数”达不到规范所要求的不小于90%的要求（见抗规5.2.2条文说明、高规5.1.13条2款），有时即使把“计算振型数”取得很大，也无法满足这个要求。问题究竟出在哪里？我们又怎样来解决这个问题呢？　　对于存在这种情况的工程，我们

6、通过继续观察其“结构空间振动简图”，可以发现这样一种现象，在我们所取“计算振型数”范围内的结构振型中，有的振型是结构的整体在振动，而有的振型只有结构的局部在振动。继续分析下去，我们会发现，发生局部振动的部位，或空间刚度较差，或缺少约束。如结构错层等原因形成的较长的越层柱；楼板开洞等原因形成的较长的无板梁段或无板墙段；悬臂端缺少约束的悬臂构件；没有设置屋脊梁的坡屋顶；楼顶设置刚度或约束较差的构架等。　　因为上述问题的存在，使得这些部位的局部振动极易被激发。由于这种振动是局部的，所以只有局部的构件参与其中，其参与的质量也只能是与这些构件有关的质量。结构的有效质量是“计算振型数”所包含的各振型的有效

7、质量由低阶到高阶的叠加，当其中存在较多的与局部振动有关的较低阶的振型时，结构的“有效质量系数”就不容易满足规范的要求。　　笔者认为：发生低阶局部振型的部位是结构的薄弱部位，在地震中低阶局部振型容易被激发而在该部位产生较大的变形，当该部位的相关构件在结构中处于比较重要的位置时，可能影响结构的安全，故在设计中应采取措施尽量消除。　　在结构设计时，可以加强与局部振动有关的构件沿振动方向的刚度，使相关局部