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结构抗震设计中的剪重比问题的讨论

［摘要］对建筑抗震设计中的剪重比问题进行了讨论，探讨了场地类别对剪

重比的影响，结论中指出规范对剪重比限值的规定中没有考虑到场地类别的影响

是不妥的。对于不满足规范要求的高层建筑，当结构的计算基底剪力不满足规定

的最小基底剪力时，可以加大地震作用力，而不应该调整结构的刚度来加大地震

反应，同时也提出了通过直接调整长周期段加速度反应谱以完成剪重比控制的改

进建议。

［关键词］高层建筑;抗震设计;剪重比;限值

0引言

《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)［1］(简称抗规)及《高层建筑混

凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)［2］(简称高规)规定:水平地震剪力系数(本文

称为剪重比)剪重比等于楼层地震作用(楼层地震剪力)与重力荷载代表值的比值，

是抗震设计的重要控制指标之一，并且属于规范的强制性条文。其中抗规条文说

明的5.2.5条写到:地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3.5s

的结构，由此计算所得的水平地震效应可能太小。而对于长周期结构，地震动态

作用中的地面运动速度和位移可能会对结构产生更大的破坏力，但是规范所采用

的振型分解反应谱法尚无法对此做出估计。出于对结构安全的考虑，规范［1，

2］提出了各楼层水平地震剪力对应剪重比最小值的要求，即规定了不同抗震

设防烈度下楼层剪重比的限值，当计算结构水平地震作用效应的剪重比小于规范

规定的限值时，须对楼层设计用的地震剪力进行相应的调整。

诚然，规范以规定剪重比限值的方式来控制基底和楼层最小地震剪力的做法

对保证结构的抗震安全性是有一定作用的，但在实际结构设计中，经常会遇到结

构剪重比与规范限值相差较多的情况，这时通过调整结构形式或结构布置来提高

剪重比，往往收效甚微，比较困难。为解决此问题，有必要对结构剪重比的变

化规律和控制方法进行研究。

1剪重比的工程含义

首先从建筑结构的刚度的谈起，一个建筑物之所以必须具备足够的刚度，其

实是出于以下几点的需求：1.免强震时非结构构件如砖砌隔墙，外表面幕墙等因

结构过大的变形而破坏;2.避免在风荷载作用下建筑物产生低频振动令人感到不

舒服;3.避免强震时结构过大的侧向变形加剧P-Δ效应，此时不利于结构的受

力;4.避免结构过大的变形影响竖向交通的正常运行。因此，在满足以上需求的

情况下，结构可以适当降低刚度，节省材料，同时也有利于降低地震作用效应。

节选抗规的5.2.5条和高规的4.3.12条如下所示：水平地震作用计算时，

结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力应符合下式要求:

式中:VEki为第i层对应于水平地震作用标准值的剪力;λ为水平地震剪

力系数(剪重比)，不应小于抗规表5.2.5(高规表4.3.12)规定的楼层最小地震剪

力系数值(剪重比限值)，对于竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大

系数;Gj为第j层的重力荷载代表值;n为结构计算总层数。

在实际工程中，假若由于使用比实际地震时小得多的地震作用来进行结构设

计而安全度不高需要结构承担必要的、某一最低限度要求下的地震作用，这样规

范如此强制规定就可以理解；与此相反，如果设计结果却要求增加结构的自身刚

度来加大作用于其上的地震作用，那就未免本末倒置值得商榷了。下面举出现实

存在的工程案例作为反证。假设，一栋高层建筑位于上海地区Ⅳ类场地，经过合

理的设计，结构各项控制性指标都可以满足规范的要求甚至有一点的富裕度，即

最小地震作用即剪重比也能够岗好满足规范要求；如果将这栋高层建筑置于风荷

载一样、抗震设防烈度同样是7度的佛山地区，尽管地勘报告发现场地的工程

地质情况远好于上海地区，经调查为Ⅰ、Ⅱ类场地，但经过计算结构自身刚度却

不能满足规范规定的最小地震作用要求。于是就有可能出现如何不合理的结论：

地质条件较好导致结构地震反应较小、位于佛山地区Ⅰ、Ⅱ类场地上的此高层

建筑，尽管结构的除剪重比以外各项控制性指标均满足规范要求且比在上海地区

时富余度更大，却要再加大梁、柱、核心筒等构件的截面尺寸来提高结构的刚度

去满足加大结构的地震作用反应来满足此时规范