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超限报告中的剪重比是否必要?

2019
04/24
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建筑界
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【摘要】在超限报告中,剪重比是一个逐渐被淡化的概念。剪重比给我的印象,无非是满足最小剪重比最好,满足不了,按比例调整罢了。如果是这样的话,

在超限报告中,剪重比是一个逐渐被淡化的概念。剪重比给我的印象,无非是满足最小剪重比最好,满足不了,按比例调整”罢了。如果是这样的话,剪重比这个概念,是否成了鸡肋”?它究竟在限制什么呢?又能限制什么呢?

我们从头说起。

为何需要定义剪重比这个参数?规范给出的解释是这样的。由于地震影响系数在长周期下降段较快,对于基本周期大于3s的结构,由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能过小。而对于长周期结构,地震地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响,但是规范所采用的振型分解反映谱法尚无法对此作出合理估计。出于结构安全的考虑,增加了对各楼层水平地震剪力最小值(剪重比)的要求。

关于振型分解反应谱法对长周期地震估计不足的原因,尚有以下说法:1)强震记录仪自身的缺点,记录强震数据可能出现问题;2)大震级地震发生的几率较小,记录到的长周期地震动时程不多,对反应谱长周期段的可靠性没有把握。

如果不满足剪重比,规范给出的解决办法是调整地震剪力,或改变结构刚度”。在实际工程中,常见的情况是,结构底部若干层剪重比不满足要求,但中上部楼层可满足要求,通常的做法是,全部楼层按比例放大。

我们来看看规范是如何规定的。

《抗规》,只要底部总剪力不满足要求,则结构各楼层的剪力均需要调整,不能仅调整不满足的楼层”。这个观点的逆否命题是,可以仅调整局部不满足的楼层,如果底部总剪力满足要求。”相对而言,广东省《高规》要讲得更直白一点,仅部分楼层不满足要求时,可直接放大这些楼层的地震剪力使之满足要求,当基底剪力不满足时,则全部楼层放大,放大系数为由基底剪力确定的系数。”

不同的是,《抗规》还有规定,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,不能仅采用乘以增大系数的方法处理”。

看到没有?前面啰里啰嗦讲剪力调整的内容,都只是小孩子过家家”,而真正真枪实弹”的内容是调整结构选型和布置。回到开头的问题,剪重比究竟在限制什么?”按照规范,它可以限制结构布置。

用剪重比限制结构布置??这种逻辑听起来有些诡异。想想看,剪重比的诞生是因为反应谱法(长周期)及强震记录仪自身的缺陷所做的弥补,如果计算剪力不足,人为补足,这是可以理解的。但以剪重比来评判结构布置,却是截然不同的一个概念,规范并未为此概念提供依据。规范也未说明底部剪力相差多少,才算得上相差较多。”

在全国《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》中,有这样一句话,基本周期大于6s的结构,计算的底部剪力系数比规定值低20%以内,基本周期3.5s~5s的结构比规定值低15%以内,即可采用规范关于剪力系数最小值的规定进行设计。(个人理解,即可采用剪力调整的方法)”。也许,这句话,即为《抗规》底部剪力相差较多”做了一个注解。

插句题外话。很早以前,有小姐姐问我一个貌似很深奥的问题,对X型(或其他异型)平面住宅,剪重比计算时,取哪个方向的剪力呢?根据剪重比的含义,自然应该取各个方向中最小的基底剪力呀,这个方向可能既不是平面坐标中的X向,也不是Y向。要知道,地震方向是随机的,而X、Y仅是人为设定的。

最后再来谈谈剪重比限值的合理性。

在我印象中,很多大牛都谈论过这个问题。在此,仅摘取黄吉峰博士和刘畅博士的部分观点。黄吉峰在《建筑结构剪重比规律及控制方法研究》中提到:1)剪重比主要取决于结构的周期和阻尼比,缩短周期、降低阻尼是提高剪重比的直接、有效手段;如果认为长周期不是问题的话,剪重比是否满足规范限值与结构形式、结构布置的合理性没有明显关系;2)规范规定的剪重比限值,对于某些特征周期较长的结构不控制,不能起到弥补长周期分量缺失的作用;而对于某些特征周期较短的结构,剪重比限值甚至超过了理论最大估计值,又过于严格。”

刘畅博士曾提到:1)剪重比不满足的本质问题在于第一振型对于基底剪力的贡献与其对质量的贡献不一致;2)单自由度体系,天然满足剪重比,无论周期长短,长周期结构,刚度正常的情况下不可能满足剪重比要求。”

OK,关于剪重比,情况就是这么个情况。大家也不用太较真。广东省超限专家对剪重比已经看得比较淡了,不用担心因为这个指标不好看,而导致超限不通过。如果能保证基底剪力不小于按剪重比系数计算剪力的85%,那就更没问题了。如果计算剪力偏小一点点,不妨通过微调连刚度折减系数和周期折减系数来解决。

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