结构抗震计算楼层剪力调整方法及算例

1、结构抗震计算楼层剪力调整方法及算例 摘要：结合建筑抗震设计规范（gb 50011-2010）对结构抗震计算楼层剪力不满足最小剪重比要求时剪力调整规定，对规范中层间剪力调整规定进行深入剖析和讨论，最后得出楼层剪力不满足最小剪重比要求时剪力调整的方法，并给出简单算例，将规范的规定直观化。 关键词：规范；剪重比；调整；基本周期；特征周期；算例 中图分类号：u452.2+8 文献标识码：a 文章编号： 1 前言 建筑抗震设计规范（gb 50011-2010）（以下简称：抗规）2010年12月1日开始实施，规范中对抗震设计的理念及规定进行了大幅的调整，其中有关结构抗震计算时，楼层剪力不满足最小剪重比要求

2、时，剪力调整的方法及思路抗规在条文说明部分进行了大幅论述，但是由于条文说明仅仅是文字论述，论述中用到了较多的专业术语，却没有给出计算公式。由于抗震计算中，有诸多的专业术语，很多类似，实际工程设计中，对条文说明的文字描述理解起来较为晦涩。因此广大设计人员迫切需要对并这一部分有明确的指导思想。本文即是结合规范的规定对该部分内容进行深入剖析和讨论，力求得到较为直观化的层间剪力调整方法。 2 规范相关条文分析 抗规5.2.5条及条文说明对结构抗震计算楼层剪力不满足最小剪重比要求时剪力调整作出了详细规定 1。规范有几个术语和符号：加速度控制段、位移控制段、速度控制段、gei，由于抗规没有对这几个术语和符

3、号进行解释，所以在理解和实际操作中存在一定困难。首先结合抗规5.1.5条以及相关资料，可以得知：ttg加速度控制段；t5tg 位移控制段；tg 3 楼层剪力调整方法 3.1 结构基本自震周期位于设计反应谱的加速度控制段，既ttg时，各楼层均需乘以同样大小的增大系数；这个相当于各层的水平地震作用fi乘以一个相同的增大系数。 3.2 结构基本自震周期位于设计反应谱的位移控制段，既t5tg时，则各楼层i均需按底部的剪力系数的差值0增加该层的地震剪力feki0gei，注意这里的gei应该理解为，第i楼层以上总的重力荷载代表值；这个相当于各层的水平地震作用fi增加0gi，各层的fi增加0gi，最终各层的

4、剪力就增加0gei。 3.3 结构基本自震周期位于设计反应谱的速度控制段，既tg 4 算例 例题：一中学教学楼，乙类，框架结构，4层，8度 0.2g，每层的重力荷载代表值均为10000kn，竖向规则，无薄弱层，假设调整前的剪力系数前=0.02。 详细解答： 为了简化计算讨论，顶部附加水平地震不考虑，计算结果均列于后面表中。查抗规5.2.5条，最小剪力系数=0.032,即后=0.032，ge=4*10000=40000，fek=前*ge=800kn。 4.1 t位于加速度控制段（ttg），层间剪力调整最大； 各楼层均需乘以同样大小的增大系数，增大系数=后/前=1.6，结果列于表1。 表1 加速度

5、控制段计算结果 4.2 t位于位移控制段（t5tg），层间剪力调整最小，结果列于表2。 0=后-前=0.012，feki0gei 表2 位移控制段计算结果 4.3 t位于速度控制段 (tg 表3 速度控制段计算结果 4 算例讨论 上述算例采用的结构底部非薄弱层，如果底部是薄弱层，将剪力系数增大1.15倍后=1.15*0.032=0.0368，即后=0.0368，采用这个后，相同的方法求算增大系数=后/前=1.84，用0=后-前=0.0168即可重新求算，列表计算出来的结果依然符合上述结论，只是剪力增量略有增大。上面采用的前是未经过任何调整过的剪力系数，只有比较未经任何调整过的剪力系数，才能真正

6、意义上知道这个结构的剪力是否合适，才能反映出结构平面竖向布置及各层的刚度是否合适。 水平地震作用f是外力范畴，属于作用，各层剪力是内力范畴，属于效应，不管如何调整各层剪力都是调整的内力，内力调整最终能不能反应在结构分析模型中，最终都要归到外力是否被调整，即最终都是要调整结构水平地震作用f。上面三种情况的算例清楚的反应出剪力调整后，各层的水平地震作用也随即被调整。正如规范中所讲的“满足最小地震剪力是结构后续抗震计算的前提，只有调整到符合最小剪力要求才能进行相应的地震倾覆力矩、构件内力、位移等等的计算分析；即意味着，当各层的地震剪力需要调整时，原先计算的倾覆力矩、内力和位移均需要相应调整。”，所以

7、剪重比调整后，最终必然是反应在对各层水平地震作用的调整上，必须重新计算各层的水平地震作用f，然后将计算得到的水平地震作用重新加在结构模型上计算，得到地震倾覆力矩、构件内力、位移等等。根据内外力平衡的原理，各层总的剪力必然是我们在重新计算之前调整剪重比后所得到的剪力。 5 中间层不满足剪重比处理方法 基于对上述算例的讨论，我们不难发现，抗规中虽然只提及“当结构底部的总地震剪力略小于本条规定而中、上部楼层均满足最小值时，可采用下列方法调整” ，但经上述算例剖析发现，抗规虽然说是结构底部不满足可以按照上述方法调整，但这个底部并没有明确为底层或者首层，当中间某层剪重比不满足规范要求后，仍然可以参照上述

8、方法调整，只是注意薄弱层以下的各层剪力由于薄弱层剪力的调整是基于以上各层地震水平作用被调整实现的，重新进行内力计算后底层到薄弱层之间的楼层的剪力仍然被调整，否则薄弱层以上所增加的水平地震作用无法平衡。 6 薄弱层地震剪力增大系数 抗规3.4.4条规定：“平面规则而竖向不规则的建筑，应采用空间结构计算模型，刚度小的楼层的地震剪力应乘以不小于1.15的增大系数。”，这个系数该如何处理呢？结合上面的算例不难看出，剪重比的调整是属于结构内力分析计算范畴，只有满足最小剪重比要求的结构，进行结构内力分析得到的地震倾覆力矩、构件内力、位移等等才能用于结构设计，配筋验算等。因此在剪重比调整阶段，是不会牵涉到这

9、个3.4.4条增大系数的问题，规范中5.2.5节中对于薄弱层的1.15的系数，是调整剪力系数的（表格中查的数值乘以1.15），是竖向不规则的薄弱层，其最小剪重比要求更严格。结构分析得到的薄弱层的剪力（不经任何调整），和这个1.15g来比较，不满足的就要调整，调整后的剪力是1.15g。 抗规3.4.4条1.15的增大系数什么时候用呢？这个系数是在上述剪重比调整完毕后可以采用调整完剪重比以后的水平地震作用，结构完成内力分析后，对薄弱层的整层的剪力乘以1.15的增大系数，整层的剪力乘以增大系数后，薄弱层的各构件的由地震作用引起的所有内力等均需要乘以增大系数1.15。这个调整和框架剪力墙结构、框筒结构

10、、框支剪力墙结构二道防线，增加框架承担的地震剪力的做法有点类似，但是二道防线的地震剪力调整都是针对结构的局部（框架部分），因此剪力调整后，框架的内力并不是全部要调整，而是其中的一部分调整，具体调整哪部分应以相应规范规定为准。 从上面讨论可知，剪重比的调整是在结构整体内力计算之前进行的，调整后，结构的整体分析计算需要重新进行，剪重比的调整影响到结构整体内力，如果这个系数被调整，那么其他数值都将被调整。而抗规3.4.4条1.15的增大系数，框架剪力墙结构、框筒结构、框支剪力墙结构二道防线的调整都是结构整体内力计算之后进行的，是人为调整局部计算结果，只不过3.4.4条1.15的增大系数是针对薄弱层整层，调整中整层构件的内力均需要调整，而二道防线的地震剪力调整都是针对结构的局部（框架部分），因此剪力调整后，框架的内力并不是全部要调整，而是其中的一部分调整，具体调整哪部分应以相应规范规定为准。 7 结论 1）剪重比的调整是结构建模分析后，得到层间剪力，发现不满足规范最小剪重比（最小剪力系数）要求后进行的调整，属于结构抗震分析第一层次的调整。 2）规范还规定只有在结构底部的总地震剪力略小于规范规定，才能通过简单调整层间剪力，重新进行结构计算，若底部的总地震剪力比规范规定小的较多，则应该重新调整结构布局。 3）剪重比调整根据结构基本周期与特征周期的关系，分三种情况来调整，层间剪力的调整量最终都