楼层地震剪力系数不合理-解析常见设计问题

【规范规定】

《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）

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：

式中 V_Eki——第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力；

λ——剪力系数，不应小于表5.2.5规定的楼层最小地震剪力系数值，对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数；

G_j——第j层的重力荷载代表值。

表5.2.5 楼层最小地震剪力系数值

注：1 基本周期介于3.5s和5s之间的结构，按插入法取值。

2 括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。(www.xing528.com)

【解析】

《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）中的表5.2.5表明，为了确保结构的抗震安全，有必要规定一个楼层的最小地震剪力。因为地震影响系数在长周期段下降较快，所以对于基本周期大于3.5s的结构，由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能太小。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对结构的破坏具有更大影响，但是《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。为了确保结构的抗震安全，有必要规定一个结构总水平地震剪力及各楼层水平地震剪力的最小值，规定了在不同烈度下的剪力系数，当不满足时，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其满足要求。例如，若结构底部的总地震剪力略小于本规范第5.2.5条规定而中、上部楼层均满足最小值，则可采用以下方法进行调整：若结构基本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；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增加该层的地震剪力——ΔF_Eki=Δλ₀G_Ei；若结构基本周期位于反应谱的速度控制段时，那么增加值应大于Δλ₀G_Ei，顶部增加值可取动位移作用和加速度作用二者的平均值，中间各层的增加值可近似按线性分布。

还需要注意以下几方面。

（1）当底部总剪力相差较多时，则表明结构刚度不足或重量太大，需重新调整结构的选型和总体布置，不能仅采用乘以增大系数方法处理。

（2）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。

（3）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进行调整。

（4）采用时程分析法时，其计算的总剪力也需满足最小地震剪力的要求。

（5）《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）第5.2.5条规定不考虑阻尼比的不同，是最低要求，各类结构，包括钢结构、隔震和消能减震结构均需一律遵守。

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，两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。对于扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构，剪力系数取0.2α_max，保证足够的抗震安全度。对于存在竖向不规则的结构，突变部位的薄弱楼层，尚应按照《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）第3.4.4条的规定，再乘以不小于1.15的系数。