高位轉(zhuǎn)換的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁受力分析★

岳洪滔 陳 斌

(湖南工業(yè)大學(xué)，湖南 株洲 412007)

·結(jié)構(gòu)·抗震·

高位轉(zhuǎn)換的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁受力分析★

岳洪滔 陳 斌

(湖南工業(yè)大學(xué)，湖南 株洲 412007)

以一高位轉(zhuǎn)換的框支剪力墻結(jié)構(gòu)為實(shí)例，用Satwe和Midas Gen兩種有限元軟件對(duì)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力和變形進(jìn)行了分析比較，得出了兩者的內(nèi)力值有較大差別，而位移值則差別不大的結(jié)論。

轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換梁，部分框支剪力墻，有限元

帶轉(zhuǎn)換層的底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)于20世紀(jì)80年代中開始采用，近幾十年來底部帶轉(zhuǎn)換層的大空間剪力墻結(jié)構(gòu)迅速發(fā)展，在地震區(qū)許多工程的轉(zhuǎn)換層位置已較高。但轉(zhuǎn)換層位置較高時(shí)，轉(zhuǎn)換層下部的落地剪力墻及框支結(jié)構(gòu)易于開裂和屈服，轉(zhuǎn)換層上部幾層墻體易于破壞。本文通過一工程實(shí)例，用Satwe和Midas Gen兩種軟件分析了轉(zhuǎn)換梁的受力和變形。

1 工程概況

該工程為框支剪力墻結(jié)構(gòu)，地下1層，地下室埋深4.0 m。地上30層(含裙樓6層)，地面以上高度為98.2 m。設(shè)梁式轉(zhuǎn)換層，位于主體的第6層，屬于高位轉(zhuǎn)換。建筑抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)地震加速度0.05g，Ⅱ類場(chǎng)地。根據(jù)文獻(xiàn)[1][2]，確定主體框架抗震等級(jí)為二級(jí)，抗震墻三級(jí)，框支柱、框支梁和底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻均為一級(jí)。

選取的轉(zhuǎn)換梁(框支梁)截面是1 000 mm×2 000 mm，跨度是7.2 m，總長(zhǎng)度14.4 m，由于轉(zhuǎn)換層以上都是剪力墻結(jié)構(gòu)的住宅，因此轉(zhuǎn)換梁共托起25層高的剪力墻。轉(zhuǎn)換梁下設(shè)框支柱3根，并且其中一根框支柱與電梯井相連，框支柱截面大小為1 200 mm×1 200 mm，轉(zhuǎn)換梁與框支柱的混凝土強(qiáng)度均為C50。

2 結(jié)構(gòu)建模

在Satwe有限元軟件中，將結(jié)構(gòu)定義為部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，恒活荷載的加載方式選擇模擬施工加載3，風(fēng)荷載考慮順風(fēng)向風(fēng)振影響，地震信息中結(jié)構(gòu)為不規(guī)則結(jié)構(gòu)，考慮偶然偏心以及雙向地震的影響。整體結(jié)構(gòu)模型見圖1。

Midas Gen建模時(shí)，為便于計(jì)算與分析，這里選取了一個(gè)住宅戶型的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，整體結(jié)構(gòu)模型采用混合有限元法。首先，用Midas Gen的快速建模菜單建地面以上5層的框架結(jié)構(gòu)部分，建模時(shí)不考慮地下室的部分，直接在地面上嵌固；然后將第6層樓面定義為轉(zhuǎn)換層，由于研究表明轉(zhuǎn)換梁是一種偏心受拉構(gòu)件，轉(zhuǎn)換梁和上部一層剪力墻共同受力，因此需分析它們共同工作時(shí)的受力特征和變形值。在有限元網(wǎng)格劃分時(shí)，將梁、柱、墻單元網(wǎng)格尺寸控制在1.0 m以內(nèi)，分析表明支承轉(zhuǎn)換梁的框支柱對(duì)轉(zhuǎn)換梁的應(yīng)力分布和內(nèi)力大小影響很大，為提高應(yīng)力和內(nèi)力的計(jì)算精度，將框支柱的網(wǎng)格尺寸定義為0.5 m。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的模型如圖2所示。

3 轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力分析

Satwe的特殊構(gòu)件定義時(shí)，指定第6層結(jié)構(gòu)平面上托起上部25層剪力墻的梁為轉(zhuǎn)換梁，并將梁的抗震等級(jí)定義為一級(jí)。從標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件內(nèi)力簡(jiǎn)圖中，查得轉(zhuǎn)換梁的正彎矩最大為8 468.5 kN·m，負(fù)彎矩絕對(duì)值最大值為-3 928.8 kN·m，剪力最大值為5 956.3 kN。

按文獻(xiàn)[2]中的5.4.1式在Midas Gen中進(jìn)行荷載組合，為考慮到有限元分析的準(zhǔn)確性，將樓面恒載、梁的自重和活荷載等均轉(zhuǎn)換為等效重力荷載，得到的梁彎矩圖如圖3所示，剪力圖如圖4所示。從圖3中可看出轉(zhuǎn)換梁最大正彎矩為8 121.8 kN·m，負(fù)彎矩絕對(duì)值最大值為-32 457.8 kN·m。圖4中轉(zhuǎn)換梁剪力最大值為6 741.3 kN。

根據(jù)上面的結(jié)果，可以得出Satwe有限元軟件得出的轉(zhuǎn)換梁彎矩值偏大，而剪力值卻比Midas Gen偏小。

4 結(jié)構(gòu)位移分析

在高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)限制結(jié)構(gòu)層間位移，主要目的有兩點(diǎn)：

1)保證主結(jié)構(gòu)基本處于彈性受力狀態(tài)，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來講，要避免混凝土墻或柱出現(xiàn)裂縫；同時(shí)，將混凝土梁等樓面構(gòu)件的裂縫數(shù)量、寬度和高度限制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。2)保證填充墻、隔墻和幕墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的完好，避免產(chǎn)生明顯損傷?？刂茖娱g變形的參數(shù)有三種：即層間位移和層高之比(層間位移角)；有害層間位移角；區(qū)格廣義層間變形。在本文中，作者主要通過層間位移角來控制層間變形。圖5是Satwe后處理圖形文件中得出的在X向地震作用下的最大樓層位移為28.7 mm。圖6是Midas Gen中X向地震作用下的位移變形圖，最大樓層位移為46.3 mm。因此，在相同條件下，Midas Gen計(jì)算出來的樓層位移值比Satwe偏大。

5 結(jié)語

本文分析的在第6層轉(zhuǎn)換的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜高層，按照文獻(xiàn)[1]要求應(yīng)采用至少兩個(gè)不同力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行整體分析，而本文通過Satwe和Midas Gen對(duì)其進(jìn)行分析的結(jié)果是：

1)Satwe得出的轉(zhuǎn)換梁的彎矩值比Midas Gen偏大，而剪力值卻偏小。2)水平地震作用下的樓層位移值，Satwe得出的值要比Midas Gen小。在實(shí)際工程中，應(yīng)當(dāng)以兩種軟件得出的最不利的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣會(huì)偏于安全。

[1] JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問答及分析[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[4] 包世華,方鄂華.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1990.

[5] 孫建文.高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)初探[J].山西建筑，2013，39(2)：48-49.

Analysis of high conversion of part of the frame supported shear wall structure transfer girder★

YUE Hong-tao CHEN Bin

(Hunan University of Technology， Zhuzhou 412007, China)

In this paper, a high conversion of frame shear wall structure as an example, using Satwe and Midas Gen two kinds of finite element software to analyze the internal force and deformation of the transfer beam, it is concluded that both the internal force values have bigger difference, while the displacement value.

conversion layer， transfer beam， partial frame supported shear wall， finite element

1009-6825(2014)36-0020-02

2014-10-20 ★：湖南工業(yè)大學(xué)自然科學(xué)研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2013HZX09；2012HZX20)

岳洪滔(1979- )，男，碩士，講師; 陳 斌(1982- )，男，博士，講師

TU398.2

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