規範編修者說
第八期：最小剪重比控制，調剛度還是調強度？
供稿：羅開海、毋劍平
稽核：程紹革
工程實踐中碰到剪重比滿足不了的情況，設計人員一般是直接按比例調整地震作用，也就是調整強度，這樣常規的處理方式合適嗎？規範為什麼給出這個限制引數？本文透過對規範字裡行間的解讀，給出規範限制剪重比的本意，以及不滿足情況下的處理方式，以供廣大設計人員參考。
剪重比的概念
剪重比，指的是結構某樓層地震剪力標準值與該樓層上
（含本層）
重力荷載代表值總和的比值。即《建築抗震設計規範》GB 50011-2010（2016年版）中的樓層剪力系數，也有人稱之為“剪質比”。
規範規定及要點註釋
《建築抗震設計規範》第5。2。5條規定：
註釋
：
1、抗震驗算：
此處的抗震驗算包含結構抗震驗算的所有內容，即規範第5。4節“截面抗震驗算”和第5。5節“抗震變形驗算”的所有規定內容。因此，滿足最小剪重比要求是抗震設計的基本條件，此條不滿足，其他方面無從談起。
2、豎向不規則結構的薄弱層乘以1.15的增大系數
：按規範3。4。3條第2款規定，“平面規則而豎向不規則的建築，應採用空間結構計算模型，剛度小的樓層的地震剪力應乘以不小於1。15的增大系數……”，抗震驗算時，薄弱層的剪力變為：
即規範（5。2。5）式的左端放大了1。15倍以上，為了保持結構整體調控幅度的一致性，（5。2。5）式的右端項也應相應提高，即
3、插入法
：此處的插入法，指的是線性插入取值，線性插入的上、下點分別為3。5s和5。0s週期點處。
為什麼要控制？
地震作用的取值直接決定著工程結構的抗震承載力，如何合理取值是抗震設計的關鍵內容之一。然而，目前人類對地震本身並未充分了解，在現階段科學技術條件下，
地震作用計算結果本身具有極大的不確定性。因此，抗震設計需要一個安全、兜底的控制閥門！！
這已成為國際通行的做法。其原因如下：
（1） 人類對於地震本身認知的侷限性，導致了中長期地震預測預報具有極大的不確定性。
現階段，地震區劃圖給定的烈度或引數，是具有極大的不確定性的。在工程結構的設計使用年限內，發生超烈度地震的可能性，是存在的，而且不會太小，尤其是在目前的中低烈度地區。
因此，作為地震作用計算的“上游”輸入條件——地震動引數，本身是不確定的！所以，規範的用詞是“設計基本地震加速度”，其中的“基本”二字就表明了規範的態度。
（2） 人類對於地震時地面的運動狀態，還遠遠談不上充分認知和完全把握。
目前比較統一的認識，還是幅值、頻譜、持時三個基本要素和三個平動分量的若干性質等。近年來，相關的研究學者們在地震地面運動的扭轉成分、長週期成分、近斷層的區域性放大效應、脈衝效應、上下盤效應、以及區域性地形導致的孤山效應、盆地效應等多方面進行了大量卓有成效的研究。然而現階段，人類對於地震時地面運動狀態的認知和了解，還是朦朧的、模糊的。
所以，到目前為止，世界各國關於地震作用的計算，還是停留在“反應譜”的層面。所謂的“譜”，就是“大概、差不多”的意思，是一個相對籠統和模糊的判斷，遠達不到準確和清晰！依此進行計算，其結果也必然只是一個大致的估計，不能作為精確的地震作用！
（3） 人類關於建築結構地震響應機理的認識，仍然是粗略的和片面的。
當前，世界各國規範關於地震作用計算的方法，基本上都是基於牛頓第二運動定律的質點動力學原理，再輔以必要的假定和簡化處理，比如結構底部與大地之間完全固接，再比如結構杆件的分佈質量全部集中到計算節點等等。這些假定和簡化手段的採用，導致計算結果存在相當程度的誤差，甚至是錯誤，遠達不到準確和恰當！
（4） 結構計算模型本身也存在極大的不確定性。
儘快科技進步日新月異，但工程結構的計算理論和手段仍然需要藉助於大量的假定和簡化手段才能進行。與工程結構的實際情況相比，計算模型的構件尺寸、荷載取值與佈置、材料性質、結構阻尼等等，仍然存在相當大的出入，距完全模擬尚有很大距離。
如何控制？
目前，關於考慮地震作用不確定性而採取的控制對策，主要分為兩類，其一是控制設計反應譜的下限取值，如我國的89規範和歐洲規範；其二是直接控制地震作用取值的下限，如我國的01、10規範，美國的ASCE7等
4。1 反應譜下限控制
我國的89規範和歐洲規範等均對地震作用的下限提出規定。89規範的下限值：
，歐洲規範的下限值：
圖1 89規範設計譜
圖2 歐洲規範設計譜
4。2 剪重比控制
如前所述，與89規範相比，我國01規範和10規範關於地震作用控制的變化有兩點，一是將設計反應譜的週期範圍由3秒擴到到6秒，同時反應譜的下限水平段取消，改為斜線下降；二是增加了最小剪重比的控制要求（圖3）。
圖3最小剪重比與反應譜的關係 圖4 第5.2.5條最小側向分佈力簡圖
4。3 剪重比控制本質
為規範要求的各樓層抗震驗算用最小地震剪力，則相鄰兩樓層的差值為：
可見，規範5.2.5條實際上規定了一組用於抗震驗算的最小側向分佈力（圖4），這與近現代建築抗震初期的靜力理論——震度法的要求是一致的。
因此，在本質上，5.2.5條就是不同烈度區的最小震度要求，它與結構型別、結構材料與阻尼、減隔震措施無關，也與地震動引數的取值、地震作用的計算方法無關，主要與設防烈度（或設防用的地震動引數）相關。它本質上就是在用靜力法對動力計算結果進行檢驗。
如何調整？
目前，國內工程界對於“要控制最小剪重比”這件事的本身，一般沒有太大的爭議。但對於“剪重比”不滿足5。2。5條要求時，如何調整，是調強度還是調剛度？卻一直爭議不斷。
規範5。2。5條的規定非常明確，“
抗震驗算時
”最小剪重比應滿足要求，而我國規範的抗震驗算是包括兩個層面的內容的，即整體層面的變形驗算和構件截面層面的強度驗算。因此，
當變形驗算不能透過時，必須調整剛度；當變形驗算能夠透過時，可以調強度
。
具體地，調整方法可分為以下幾種情況：
（1）變形不過調剛度
在相當於上述
的地震作用下，結構的變形驗算不能滿足規範第5。5節的相關要求時，說明結構本身的剛度配置不足，
此時應調整結構體系，增強結構剛度（或減小結構重量）
，而不能簡單的放大樓層剪力系數。
一般來說，可按下述關係式對建築結構的層間剛度是否滿足要求，進行大致的判斷：
（2）變形能過調強度
當上述
的地震作用下，結構的變形驗算能夠滿足規範第5。5節的相關要求時，可以直接調整結構的地震作用計算結果，但根據結構的基本週期的不同，具體的調整方法又有所不同：
1） 當結構基本週期位於設計反應譜的加速度控制段，即T1
2） 當結構基本週期位於設計反應譜的位移控制段，即T1>5Tg時：
3） 當結構基本週期位於設計反應譜的位移控制段，即Tg≤T1≤5Tg時：
注意事項
1） 最小震度下變形驗算不滿足要求時，應調整結構選型和總體佈置，也就是調整剛度；
2） 只要底部總剪力不滿足要求，則以上各樓層的剪力均需要調整，不能僅調整不滿足的樓層；
3） 滿足最小地震剪力是結構後續抗震計算的前提，只有調整到符合最小剪力要求才能進行相應的地震傾覆力矩、構件內力、位移等的計算分析；即應先調整樓層剪力，再計算內力及位移；
4） 採用時程分析法時，其計算的總剪力也需符合最小地震剪力的要求；
5） 最小剪重比的規定不考慮阻尼比的不同，是最低要求，各類結構，包括鋼結構、隔震和消能減震結構均須遵守。
6） 採用場地地震安全性評價報告的地震動引數進行計算時，也應遵守本規定。
延伸閱讀
［1］ 羅開海，毋劍平。 建築工程常用抗震規範應用詳解［M］。 北京：中國建築工業出版社，2014。11。
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