探討高層建筑結(jié)構(gòu)剪力調(diào)整系數(shù)及PKPM執(zhí)行

徐麗麗　陳建輝

(1.廣西交通職業(yè)技術(shù)學院　 廣西南寧　530012；2.廣西城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計院　廣西南寧　530023 )

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探討高層建筑結(jié)構(gòu)剪力調(diào)整系數(shù)及PKPM執(zhí)行

徐麗麗1陳建輝2

(1.廣西交通職業(yè)技術(shù)學院 廣西南寧530012；2.廣西城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計院廣西南寧530023 )

從結(jié)構(gòu)整體計算控制階段，分析探討了《高規(guī)》中薄弱層剪力放大系數(shù)、結(jié)構(gòu)最小剪重比、非承重墻剛度影響剪力分配以及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)中框架剪力的調(diào)整、框支剪力墻結(jié)構(gòu)中框支柱的剪力調(diào)整及其PKPM執(zhí)行。

剪力增大系數(shù)；剪重比；非承重墻剛度；框架剪力調(diào)整；框支柱剪力調(diào)整;PKPM

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0　引言

高層建筑的承載力主要由水平力控制，在新版《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010(以下簡稱《高規(guī)》)中關(guān)于“剪力調(diào)整”的相關(guān)條文較多，作為一項結(jié)構(gòu)的“加強措施”，設(shè)計人員如果在執(zhí)行過程中僅依賴程序的“自動執(zhí)行”，則容易造成某些特殊條件下的遺漏或者執(zhí)行失誤，給工程設(shè)計造成困擾。本文按照《高規(guī)》要求，研討了結(jié)構(gòu)整體計算控制階段的剪力調(diào)整的相關(guān)條文，并相應給出其軟件設(shè)計過程的執(zhí)行措施。

1　薄弱層剪力增大系數(shù)

1.1條文規(guī)定

《高規(guī)》3.5.8 側(cè)向剛度變化、承載力變化、豎向抗側(cè)力構(gòu)件連續(xù)性不符合本規(guī)范第3.5.2、3.5.3、3.5.4條要求的樓層，其對應于地震作用標準值的剪力應乘以1.25的增大系數(shù)[1]。

上述條款中3.5.2說的是剛度比(軟弱層判定)問題，3.5.3說的是受剪承載力比(薄弱層判定)問題，3.5.4說的是豎向構(gòu)件的連續(xù)性問題。

1.2條文理解與說明

此條規(guī)定是對軟弱層、薄弱層的一項“加強措施”，通過放大其樓層地震剪力予以實現(xiàn)。(1)是對地震作用標準值的樓層剪力這項“作用力”的“直接放大”；(2)由于薄弱層受剪承載力一般小于相鄰上層80%，地震剪力乘以1.25后，并不會導致薄弱層轉(zhuǎn)移；(3)本條執(zhí)行在“最小剪重比調(diào)整”4.3.12條之前，即先放大作用力，后比較最小剪重比(對薄弱層，列表中的最小剪重比尚應乘以1.15)；(4)《抗規(guī)》3.4.4—2中對于軟弱層剪力放大系數(shù)為1.15[3]，此條宜僅在多層建筑中執(zhí)行，文獻[2]建議統(tǒng)一執(zhí)行1.25系數(shù)，而在高層建筑中，則必須按1.25的系數(shù)執(zhí)行。

1.3PKPM執(zhí)行

執(zhí)行方法：SATWE分析和設(shè)計參數(shù)補充定義——調(diào)整信息——薄弱層調(diào)整，如圖1：

圖1　薄弱層調(diào)整

一般情況下程序均能根據(jù)剛度比自動執(zhí)行，但由于分析軟件的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度是按“裸結(jié)構(gòu)”計算，現(xiàn)實中大量存在底層架空、上層滿砌隔墻的情況，從而造成現(xiàn)實中的剛度突變(框架結(jié)構(gòu)應特別注意)。這種概念上的薄弱層，現(xiàn)行計算軟件無法算出，需要進行概念設(shè)計，即根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、隔墻剛度、上下層層高比例等因素，綜合判斷是否需要強制指定薄弱層以策安全。

2　結(jié)構(gòu)最小剪重比

2.1條文規(guī)定

2.2條文理解與說明

本條為強條，不區(qū)分結(jié)構(gòu)體系(含鋼構(gòu)、隔震、消能減震結(jié)構(gòu))一律執(zhí)行，目的是為了彌補加速度反應譜計算方法(即振型分解反應譜法)的缺陷，執(zhí)行本條也是后續(xù)所有抗震設(shè)計計算的前提。

第一，所謂扭轉(zhuǎn)效應明顯，以考慮偶然偏心樓層扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2為判斷標準。第二，注意規(guī)范行文中說的是“樓層”；對于地下室區(qū)段，無論頂板是否作為嵌固端，均不應考慮本條。第三，部分樓層不滿足本條最小剪重比時的處理方法：優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置增加剛度，或放大總體地震作用，若放大地震作用能解決問題(校驗彈性層間位移角)，可不調(diào)整結(jié)構(gòu)布置；以上方法仍不能滿足剪重比時，有限度地按本條規(guī)范進行剪重比調(diào)整，調(diào)整幅度不宜大于1.15，不應大于1.2，絕不能放任程序自行調(diào)整而維持不合理的結(jié)構(gòu)布置(主要是總體剛度弱，需關(guān)注剛重比及整體穩(wěn)定)。第四，底部總剪力不滿足，則全樓都要進行剪力調(diào)整；只有底部總剪力滿足而上部局部樓層不滿足時，才允許只調(diào)整不滿足的樓層。根據(jù)結(jié)構(gòu)自振周期對應反應譜的不同區(qū)段，具體調(diào)整方法分3種，詳見《抗規(guī)》5.2.5的條文說明，3種方法相差不大。

2.3PKPM軟件執(zhí)行方法

執(zhí)行方法： SATWE分析和設(shè)計參數(shù)補充定義——調(diào)整信息——抗規(guī)(5.2.5)剪重比調(diào)整，如圖2。

圖2　剪重比調(diào)整

弱軸、強軸方向動位移比例：對應的是抗規(guī)5.2.5條文說明的3種調(diào)整方法：填0—加速度控制段(即基本周期位于反應譜0～Tg)；填0.5—速度控制段(即基本周期位于反應譜Tg～5Tg)；填1—位移控制段(即基本周期位于反應譜5Tg～6.0s)。

3　非承重墻剛度影響

3.1條文規(guī)定

《高規(guī)》4.3.16 計算各振型地震影響系數(shù)所采用的結(jié)構(gòu)自振周期應考慮非承重墻體的剛度影響予以折減[1]。

3.2條文理解與說明

本條為強條，表面看與調(diào)整剪力無關(guān)，實際上，通過人為干預周期折減系數(shù)，間接調(diào)整了地震作用，放大了地震剪力。依據(jù)實心磚經(jīng)驗，4.3.17條給出了不同結(jié)構(gòu)體系的不同調(diào)整系數(shù)，作為宏觀定性分析，無需在意具體數(shù)值的精度，而更應該關(guān)注隔墻的不對稱布置引發(fā)的實際剛度分布畸變問題，軟件按“裸結(jié)構(gòu)”計算無法對此作出評估，框架結(jié)構(gòu)尤其嚴重，應注重概念設(shè)計。

3.3PKPM軟件執(zhí)行

執(zhí)行方法:SATWE分析和設(shè)計參數(shù)補充定義——地震信息——周期折減系數(shù)。

4　框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的框架剪力調(diào)整

4.1條文規(guī)定

抗震設(shè)計時，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)對應于地震作用標準值的各層框架總剪力應符合《高規(guī)》8.1.4的規(guī)定[1]。

4.2條文理解與說明

第一，條文中所謂“未經(jīng)調(diào)整”，是特指在完成4.3.12條的最小剪重比調(diào)整之后，未經(jīng)其他調(diào)整，故剪重比已經(jīng)調(diào)整完畢是個大前提。第二，為防止統(tǒng)一取用一個調(diào)整系數(shù)造成不合理，規(guī)范允許按柱數(shù)量變化情況沿著結(jié)構(gòu)高度方向分區(qū)段調(diào)整。第三，本條用于“樓層”，地下室區(qū)段的框架不執(zhí)行本條，結(jié)構(gòu)“底層”指地下室頂板上的首層。帶少量框架的剪力墻結(jié)構(gòu)，框架無論如何也成不了二道防線，可不執(zhí)行本條，應采取概念設(shè)計方法將其設(shè)計成主要承受軸力的構(gòu)件，并將其承擔的剪力，完全轉(zhuǎn)嫁給剪力墻(各層定義柱上下端鉸接轉(zhuǎn)嫁地震作用)進行包絡(luò)設(shè)計。第四，合理的結(jié)構(gòu)布置，應使得底部剪力接近0.2V0和1.5Vf,max二者較小值，若是依靠大量的強行放大來實現(xiàn)，經(jīng)濟性必然不佳。

4.3PKPM執(zhí)行

執(zhí)行方法：SATWE分析和設(shè)計參數(shù)補充定義——調(diào)整信息——0.2V0分段調(diào)整，如圖3。

圖3　0.2V0分段調(diào)整

調(diào)整起始層號，從地下室頂板以上首層所在的模型層號作為結(jié)構(gòu)“底部”。由于程序沒有此項調(diào)整的對應開關(guān)，所以對于“非框剪結(jié)構(gòu)”，只要模型中同時存在框架和剪力墻，此處會照章執(zhí)行，可通過設(shè)置調(diào)整系數(shù)上限數(shù)值，實現(xiàn)帶少量框架的剪力墻結(jié)構(gòu)“不調(diào)整”。

5　筒體結(jié)構(gòu)的框架剪力調(diào)整

5.1條文規(guī)定

抗震設(shè)計時，筒體結(jié)構(gòu)的框架部分按側(cè)向剛度分配的樓層地震剪力標準值應符合《高規(guī)》9.1.11的規(guī)定[1]。

5.2條文理解與說明

第一，本條是在執(zhí)行完最小剪重比調(diào)整之后，其基本判別標準是用框架部分分配到的“樓層地震剪力標準值的最大值”，指地上各層綜合框架分配到最大的地震剪力標準值所屬的那個樓層，其框架剪力取出來與結(jié)構(gòu)底部總剪力V0進行比較，不宜小于10%，若小最好優(yōu)化布局。增加框架剛度，堅持不改的后果會“很嚴重”(即第2款，有點株連九族的味道)：上部各層框架承擔的地震剪力標準值均增大至底部總剪力的15%、各層筒體剪力放大10%(放大后若已大于底部總剪力，則取底部總剪力的數(shù)值)、墻的抗震構(gòu)造措施提高一級(特一級封頂)。第二，當其分配到的層剪力最大值≥10%V0，而某層分配到的剪力小于0.2V0時，此時該層的框架剪力Vf,k=min{0.2V0 ，1.5Vf,kmax}，此時的筒體并不受“株連”。第三，“框架部分分配到的樓層地震剪力標準值的最大值”滿足10%V0的具體樓層數(shù)量并沒有規(guī)定，實際工程中，滿足10%V0樓層數(shù)量不宜少于樓層總數(shù)的15%～20%。

5.3PKPM執(zhí)行

執(zhí)行方法：總信息—結(jié)構(gòu)體系—框筒結(jié)構(gòu)，設(shè)置好0.2V0參數(shù)，其余程序自動執(zhí)行。

6　部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的框支柱剪力調(diào)整

6.1條文規(guī)定

部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)框支柱承受的水平地震剪力標準值應符合《高規(guī)》10.2.17的規(guī)定[1]。

6.2條文理解與說明

第一，框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中，落地墻與框支柱剛度差異巨大，軟件分析中的絕大部分剪力都分配在落地墻上，而實際上轉(zhuǎn)換層樓蓋的面內(nèi)變形以及落地墻開裂，均會使框支柱的剪力劇增。規(guī)范因此給定了框支框架地震剪力的具體增大措施。但是，當柱數(shù)量n少于10，每根柱的剪力均加大到基底的剪力的2%或3%這樣一個相同的量值，在概念上是有問題的。規(guī)范的概念前提是：所有框支柱的截面相同或相當。當柱截面差異較大時，建議采用2%nV0或3%nV0的總量在框支柱之間進行比例分配。第二，轉(zhuǎn)換梁截面很大，一般均不會出現(xiàn)梁塑性鉸，所以本項調(diào)整不含框支梁，也不調(diào)柱軸力。第三，條文規(guī)定應調(diào)整“柱端框架梁的剪力和彎矩”，框支框架包括框支柱、各層框架梁、位于柱頂?shù)目蛑Я海钥蛑Э蚣苤械母鲗涌蚣芰海?guī)范也要求按相同幅度放大剪力和彎矩。

6.3PKPM執(zhí)行

執(zhí)行方法：SATWE分析和設(shè)計參數(shù)補充定義——調(diào)整信息——調(diào)整與框支柱相連的梁內(nèi)力，如圖4。

圖4　框支柱剪力調(diào)整措施

圖中為什么沒有勾選——本項調(diào)整存在一定爭議，在規(guī)范層面，毫無疑問要無條件勾選，但在具體工程中，框架梁一旦遭遇此項“同步調(diào)整”待遇，基本就沒有設(shè)計成正常截面的可能。所以有人主張不執(zhí)行(通過了審查)，進而給甲方形成了一個錯誤認知：不是轉(zhuǎn)換層梁截面就是很小的，按正常層高設(shè)計有什么問題；反而那些嚴格執(zhí)行規(guī)范的設(shè)計，往往因此被詬病。框支框架下連基礎(chǔ)，上連轉(zhuǎn)換梁，中間各層連著框架梁，從下到上是一個整體，因此同步調(diào)整、整榀加固符合概念設(shè)計，規(guī)范并沒有問題。

7　結(jié)語

綜上，規(guī)范是本著“彌補理論缺陷”、“加固薄弱部位”、“鞏固二道防線”、“強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點弱桿件”等大概念作出具體規(guī)定，設(shè)計者應把握住“高層建筑結(jié)構(gòu)應該注重概念設(shè)計”這條核心精神。

[1]JGJ3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社.2010.

[2]朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應用與分析 JGJ3-2010[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[3]GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社.2010.

徐麗麗(1984-)，女，研究生，講師,工程師。

陳建輝(1982-)，男，本科，高級工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的工作。

Discussion on the high building structure to establish the adjustment coefficient and PKPM implementation

XULili1CHENJianhui2

(1 Guangxi Vocational And Technical College Of Communications, Nanning 530012;2 Guangxi Urban-Rural Planning Design Institute,Nanning 530023)

From the aspects of structure overall calculation control stage, the magnification coefficient for shear force in weak-story, minimum shear weight ratio, Nonbearing wall stiffness influence the shear distribution, the frame shear adjustment in the frame - shear wall structure and tube structure, frame-supporting column shear adjustment in the shear wall structure with some supporting frames were discussed.Then the execution method in PKPM design software was introduced.

Coefficient of shear increases; Shear-weight ratio; Nonbearing wall stiffness; Frame shear adjustment; Frame-supporting column shear adjustment;PKPM

徐麗麗(1984-)，女，講師,工程師。

2015-12-17

TU973

A

1004-6135(2016)01-0082-03