剪重比的要求及调整方法

Page1剪重比的要求及调整方法Page2规范要求:5.2.5抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求：Page3对规范规定的理解一1.对长周期结构(T1＞3.5s)计算所得的水平地震作用效应较小，同时对于长周期结构，地震动态作用中的地面运动速度和位移对结构的破坏具有更大的影响，反应谱只反应加速度对结构的影响，对长周期结构往往是不全面的，出于结构安全的考虑，对结构总水平地震剪力及各楼层水平地震剪力进行楼层最小剪力限制，反映地震作用不确定性及地面地震运动速度、位移对结构的作用影响，以弥补加速度反应谱计算方法的不足。剪重比与地震影响系数由内在联系:λ=0.2αmax。2.本条规定不区分结构形式，不考虑阻尼比的不同，是最低要求，适用于所有结构(包含隔震和消能减震结构。隔震层以上结构的楼层水平地震剪力系数，也应按本地区抗震设防烈度符合本条规定)。3.结构底部水平地震作用总剪力、任一楼层的地震剪力系数均应满足最小水平地震剪力要求；采用时程分析法时，其计算的总剪力也需符合最小地震剪力的要求。Page4对规范规定的理解二4.地下室楼层，无论地下室顶板是否作为上部结构的嵌固部位，均不需要满足规范的地震剪力系数要求。5.对软弱层或薄弱层各振型组合的楼层地震剪力应先乘以规范规定的放大系数，再比较其楼层地震剪力系数值是否满足规范要求。6.当楼层水平地震剪力系数不满足规范要求时，需改变结构布置或调整结构总剪力和各楼层的水平地震剪力使之满足要求。7.满足最小地震剪力是结构后续抗震设计计算的前提，即只有先进行了最小地震剪力调整，然后才能调整构件内力、位移、倾覆力矩等。8.当底部总剪力不满足要求时，说明结构的总体侧向刚度偏小，结构各楼层的剪力均需进行调整，不能只调整不满足最小剪力系数的楼层。9.当底部总剪力满足要求，而其他部分楼层的地震剪力标准值不满足要求时，可只调整不满足最小剪力系数的楼层。极少出现，建议调整结构布置来满足规范要求。Page5剪力系数调整与梁弯矩的调整《高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析》——朱炳寅：框架梁及连梁的梁端弯矩不应调整，以利于实现强柱弱梁、强剪弱弯要求。地震剪力未按抗规调整地震剪力按抗规调整调整后剪力:调整前剪力SATWE结果地震剪力未按抗规调整地震剪力按抗规调整调整后弯矩:调整前弯矩SATWE、PMSAP对楼层剪力系数调整后，框架梁及连梁的内力(梁端弯矩和剪力）均做了相应调整，调整前后内力比值与地震剪力调整系数基本一致，即未执行上述说法。Page6剪力系数调整与梁弯矩的调整分析：1.“调整楼层地震剪力后不调整框架梁及连梁的梁端弯矩”，SATWE和PMSAP均未执行。2.“调整楼层地震剪力后不调整框架梁及连梁的梁内力”，造成梁柱节点处内力不平衡是否合适有待商榷。3.“调整楼层地震剪力后不调整框架梁及连梁的梁内力”，是否会影响其它计算内容？例如：位移、倾覆力矩等。4.上述做法的确有利于实现“实现强柱弱梁、强剪弱弯”，但并不是必须的做法。地震剪力未按抗规调整地震剪力按抗规调整调整后弯矩:调整前弯矩地震剪力未按抗规调整地震剪力按抗规调整调整后剪力:调整前剪力PMSAP结果结论：“调整楼层地震剪力后不调整框架梁及连梁的梁端弯矩不建议执行。Page7如何判断扭转效应是否明显？《抗规》：扭转效应明显与否一般可由考虑耦联的振型分解反应谱法分析结果判断，例如前三个振型中，二个水平方向的振型参与系数为同一个量级，即存在明显的扭转效应。《高规》：扭转效应明显的结构，是指楼层最大水平位移(或层间位移)大于楼层平均水平位移(或层间位移)1.2倍的结构。“扭转效应明显”与“扭转刚度较小”不同，“扭转效应明显”说明结构受到着实际的扭转影响;而结构的“扭转刚度较小”说明结构的抗扭转能力较弱，但并不一定会受到较大扭转的影响。“质量与刚度分布明显不对称”可直接导致结构产生明显的扭转效应，因此可根据扭转位移比来判断。Page8地震剪力系数不足时的分析与处置m为质量，k为刚度系数，δ为柔度系数。参数或因素内容备注有效质量系数剪重比不满足要求时，要检查有效质量系数是否达到90%，若没有达到：①查看振型数是否足够；②查看是否有局部振动，改变布置，去掉局部振动，重要的部位需要进行加强。注1周期折减系数选取允许范围内的最小的周期折减系数。荷载精细化荷载类别，减少荷载，特别是结构恒载。注2按抗规5.2.5调整按抗规5.2.5调整应注意其使用条件限制以及调整对象、调整方法。调整结构对建筑布置和结构体系及构件截面尺寸、布置进行调整。解决剪重比问题的最根本做法也是最好的办法。全楼地震作用放大系数调整全楼地震作用放大系数，这种方法并不可取，剪重比不满足规范要求，往往说明这栋建筑的结构选型和总体布置不合理、不安全，所以以结构自身的调整来达到规范所规定的剪重比要求才是最佳方案。备注：•局部振动是实际存在的，要过滤掉的是对其它指标的判断有干扰作用的局部振动。查看局部振动的方法：①查看结构空问振型简图，查看是否有局部振动；②采用强制刚性楼板，过滤掉局部振动，如果结构计算结果显示有效质量系数满足要求，说明存在影响有效质量系数的局部振动。•荷载的增加会减小剪重比，因此适当的控制荷载可以使计算结果更容易满足规范要求。从上式可以看出，如果刚度K不变，m增加后，T减小，地震影响系数变大，地震水平剪力增大，地震剪力系数增大。Page9调整地震剪力方法满足剪重比要求的条件1.结构底部的总地震剪力略小于规范规定，中、上部楼层均满足剪重比要求，可采用调整结构总剪力和各楼层的水平地震剪力使之满足要求。当底部总剪力相差较多时，结构的选型和总体布置需重新调整，不能仅采用增大地震剪力系数的方法处理。2.只能是部分楼层，而且是小部分楼层计算分析得到的楼层地震水平剪力的标准值小于规范规定的楼层最小水平地震剪力，可采用加大地震剪力系数的办法处理，使相应部位的楼层剪力满足规范要求。3.“略小于规范规定”＝地震剪力放大系数不宜大于1.15,不应大于1.20，即Kv≤[Kv]＝1.2。4.“小部分楼层”＝不满足最小地震剪力系数的楼层不超过楼层总数的15%，即ρn≤[ρn]=15%。5.按以上标准，在“剪力调整情况分区图”中，地震剪力系数不满足要求时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区均可以采用增大地震剪力系数的方法处理。6.各审图中心控制标准不一致，实际设计时从严控制：仅“剪力调整情况分区图”中Ⅰ区（ρn≤15%且Kv≤1.15）采用增大地震剪力系数的方法处理。其他情况下对建筑布置和结构体系及构件截面尺寸进行调整提高结构侧向刚度满足结构稳定和承载力要求。Page10加速度控制段、速度控制段、位移控制段的概念Page11调整水平地震剪力满足剪重比要求的方法1.当结构基本自振周期位于设计反应谱的加速度控制段时，则各楼层均需乘以同样大小的增大系数:Kλ=MAX(λ/λi=1～n)，一般Kλ=λ/λ1；如:一层调整为Kλ▪VEK1、二层调整为Kλ▪VEK2、三层调整为Kλ▪VEK3，……调整后的各楼层的剪力系数均应满足规范的的要求。2.若结构基本周期位于反应谱的位移控制段时，则各楼层i均需按底部的剪力系数的差值（Δλ0=λ-λ1）增加该层的地震剪力。这时各层剪力系数的增加值相同，即楼层i地震剪力增加的数值为：△VEki=△λ0▪GEi=Δλ0▪∑Gj(j=i～n)。3.若结构基本周期位于反应谱的速度控制段时：3.1每层增加的地震剪力数值应大于△λ0▪GEi。3.2底层增加的地震剪力为△λ0▪GE1。3.3顶部增加值取动位移作用和加速度作用二者的平均值：△VEkn=（（Kλ-1）▪VEKn+△λ0▪GEn)÷2且不小于△λ0▪GEn。3.4中间层(位于底层与顶层之间)的楼层地震剪力的增加值按线性分布计算，调整后的各楼层的剪力系数均应满足规范的的要求。Page12采调整水平地震剪力满足剪重比要求的例题【例】抗震设防烈度7度区的某8层房屋，最小地震剪力系数为0.016，各层重力荷载代表值Gi(kN)及水平地震作用下的楼层剪力标准值VEki（kN）见下表。结构底部剪力系数为0.015，不满足最小剪力系数0.016的要求，需要调整(1、2层楼层剪力不满足最小剪力系数要求，不满足的楼层数不多，且地震剪力放大系数较小为1.096），分别按基本自振周期位于设计反应谱的加速度控制段算法①、速度控制段算法②和位移控制段算法③，调整各楼层地震剪力。结果分析：1.加速度控制段算法①，各楼层地震剪力增大系数（即地震剪力系数增大系数）是相同的。2.位移控制段算法③，各楼层地震剪力系数增加值是相同的。3.无论哪一种算法，底层调整后的地震剪力是相同的，即调整后结构总的地震剪力是相同的。4.算法①楼层地震剪力增加值最大，算法③楼层地震剪力增加值最小，算法②楼层地震剪力增加值介于算法①与算法③之间。5.采用不同的调整方法对调整后楼层地震剪力的数值影响不大，实际工程中对楼层最小地震剪力的调整如果直接采用算法①，结果偏于安全。Page13楼层12345678Gi(KN)305305305305305305305305∑GEi=∑Gj(j=i～n)24402135183015251220915610305楼层剪力VEKi(kN)35.6133.6831.4528.6225.0520.8516.0710.62楼层计算剪力系数λi=VEKi/∑GEi0.0150.0160.0170.0190.0210.0230.0260.035加速度控制段算法①剪力增加值3.433.243.032.762.412.011.551.02调整后的楼层剪力39.0436.9234.4831.3827.4622.8617.6211.64调整后的剪力系数0.0160.0170.0190.0210.0230.0250.0290.038剪力增大系数Kλ1.0961.0961.0961.0961.0961.0961.0961.096速度控制段算法②剪力增加值3.432.982.532.081.631.180.730.73调整后的楼层剪力39.0436.6633.9830.726.6822.0316.811.35调整后剪力系数0.0160.0170.0190.0200.0220.0240.0280.037剪力增大系数Kλ1.0961.0901.0841.0791.0751.0721.0691.068PKPM剪力增大系数Kλ算法1.0961.0931.0891.0861.0821.0791.0751.068位移控制段算法③剪力增加值i3.433.002.572.141.721.290.860.43调整后的楼层剪力39.0436.6834.0230.7626.7722.1416.9311.05调整后的剪力系数0.0160.0170.0190.020.0220.0240.0280.036剪力增大系数Kλ1.0961.0891.0821.0751.0681.0621.0531.04水平地震剪力调整计算数据汇总Page14水平地震剪力调整程序实现1.PMSAP、SATWE对水平地震剪力的调整设置详图一。2.主要平动周期位于反应谱的加速度控制段（Tg），动位移比例填“0”，采用加速度控制段算法①，此时第i层的地震剪力增大系数为K1i。3.主要平动周期位于反应谱的位移控制段（5Tg），动位移比例填“1”，采用位移控制段算法③，此时第i层的地震剪力增大系数为K3i。4.主要平动周期位于反应谱的速度控制段（Tg和5Tg之间），动位移比例填“0.5”，采用近似速度控制段算法②，此时第i层的地震剪力增大系数为K2i=（K1i+K3i）/2。5.弱轴方向指的是主周期（第一平动周期）相对较长的主轴方向，强轴方向指的是主周期（第一平动周期）相对较短的主轴方向。图一，PMSAPSATWE水平地震剪力的调整设置Page15感谢您的聆听参考资料《建筑抗震设计规范GB50011-2010》《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010》《建筑抗震设计规范应用与分析》—朱炳寅《高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析》—朱炳寅《对PKPM剪