某高層梁式轉換及箱式構造轉換層設計分析

張 小 榮

(中國建筑西北設計研究院有限公司，福建 廈門 361004)

某高層梁式轉換及箱式構造轉換層設計分析

張 小 榮

(中國建筑西北設計研究院有限公司，福建 廈門 361004)

以振華大廈為例，對工程采用梁式轉換、箱式構造轉換層方案的設計參數(shù)作了研究，并對梁式轉換、箱式構造轉換層整體及局部結構進行了分析，結果表明：該結構設計有較好的空間性能、應力分布合理，且可提高結構可靠度與剛度。

梁式轉換，箱式構造轉換層，結構分析

0 引言

當前我國高層建筑發(fā)展迅速，上、下部樓層豎向結構體系、形式上為滿足建筑使用要求而差異較大，或擴大下部樓層豎向結構軸線距離等現(xiàn)象越來越多[1]。因此對平面布置復雜、豎向剛度變化不均勻、上下結構不連續(xù)建筑采用單一結構體系是不可行的。為滿足建筑使用功能，保持建筑空間工作性能，實現(xiàn)結構體系改變，合理設置轉換層，并對轉化層工程進行深入分析具有十分重要的意義。

基于此，本文根據(jù)實際工程情況，提出了一種能真實反映結構轉換層的實際受力狀態(tài)，又能便于結構設計工作者應用的方法來進行轉換層結構的設計。

1 工程概況

廈門市振華大廈工程，總建筑面積56 915.39 m2，地下2層及一個夾層，上部由A，B，C三個獨立結構單元組成，其中A，B均設計為30層鋼筋混凝土框支剪力墻結構，C樓為4層鋼筋混凝土框架結構群房。本工程地下室于1994年施工完畢，而上部結構在1999年轉手續(xù)建。為適應銷售市場，甲方建議采用四面懸挑，縮小開槽尺寸，從而達到擴大標準層面積、增大商業(yè)利益的目的[2]。為此移動原有上部剪力墻的位置，使設置結構轉化層成為必然，且為滿足空間使用要求，結構專審及甲方意見，決定A樓在首層頂轉換，B樓在5層頂轉換。

該工程主要做法為將寬度為3.6 m，2.5 m的井字槽均改小到2.10 m，從而使上部墻體分別內移0.75 m與0.02 m，脫離框支層的托架柱頂，形成了較大的偏心。為解決這一難題，此次轉換層方案主要有：局部厚板轉換層、實體厚板轉換層及格構式勁性箱體轉換層等方案。

局部厚板轉換層與實體厚板轉換層均有重量過大，穿管道、留人孔位置設置困難，計算分析難，不經濟等特點，因此本文選用應用最為廣泛，理論也較成熟的格構式勁性箱體轉換層方案。該方案具體做法為：

1)用巨型轉換大梁與普通框支梁組成格構，再在上、下兩邊各設250 mm厚板，從而形成一勁性箱體。其中所涉及的托架柱及上部墻體都應涵蓋在轉換大梁中，因此將建筑東、西斷面及南、北梁斷面的轉換大梁截面設為1 750 mm×2 350 mm，1 200 mm×2 350 mm，即為原設計框支梁600 mm×2 350 mm的3倍與2倍。

2)將轉換梁下的托架柱作為斜柱，即把柱頂寬度分別作為1 750 mm和1 200 mm，使其與轉換大梁寬度一致。從而使這種設計符合“高規(guī)”[3]中的相關規(guī)定，即“梁下部主筋全部通到柱內”與“框支柱應有部分鋼筋延伸到框支梁以上一層墻體內”。

3)在兩轉換大梁之間設置少量加勁梁或加勁板(豎向)，且把180 mm板厚改為250 mm。

2 結構設計及分析

2.1 主要設計參數(shù)

該工程位于廈門市東渡路和規(guī)劃路的交界處，地區(qū)場地類別二類，地震烈度7度，建筑設防烈度7度，地面粗糙度為A類，基本風壓取值為0.83 kN/m2。振華大廈層高、剪力墻厚度及混凝土強度等主要參數(shù)詳見表1。

表1 振華大廈主要參數(shù)

2.2 梁式轉換、箱式構造轉換層整體結構分析

本工程采用程序軟件PKPM進行整體計算。具體操作為：先用空間桿系程序“TAT”進行計算；再用殼元程序“SATWE”進行復合，框支剪力墻計算及配筋則通過連接平面有限元程序“FEQ”進行計算；最后，運用“TAT-D”進行彈性動力時程分析，地震波采用程序自帶的波形。其中在用SATWE對轉換層進行計算時，應詳細考慮箱形轉換層的結構性能，即剛度與同尺度下的實心厚板相比較弱，但抵抗變形能力及承載力卻明顯優(yōu)于梁式結構，是一種介于梁式轉換層與實心厚板轉換層之間的結構體系。因此，在建模時應采用等剛度的梁柱結構進行替代。

2.3 梁式轉換、箱式構造轉換層局部結構分析

對于梁式轉換、箱式構造轉換層局部結構分析，當前應用較廣的方法是在用SATWE進行整體分析的基礎上再用FEQ平面有限元分析程序作局部計算[4]，從而求得大梁的內力與配筋。作為對比，作者采用有限元軟件ANSYS對不同工況下轉換層結構進行平面有限元及空間有限元分析。

用ANSYS進行建模時，樓板和剪力墻采用Shell63單元，梁柱采用Beam188單元；柱荷載及樓面荷載均需荷載離散化后分別加到對應的節(jié)點上；后對模型進行網格劃分。計算得出荷載位移見圖1。

結果得出：

1)空間有限元分析得出最大正應力和最大剪應力分別比平面有限元分析計算值小11.8%～34.3%與21.3%～56.8%，與實際更為接近，能較好的反映出箱形結構的主要受力特點。

2)通過斷面應力求得構件內力，可得出：外荷載不變情況下，箱形結構的受力性能優(yōu)于梁式結構。這是因為箱形結構上、下兩層樓板部件不僅可以改善框支梁、框支柱自身的受力性能，而且能便于樓層剪力逐漸地向筒體及下部結構傳遞，從而避免了轉換層自身成為抗剪薄弱層，這使箱形結構的“面外受力性能”均得到充分發(fā)揮。另外，箱形結構本身具有抗扭剛度大的特性，利于考慮耦合作用下層間抗扭作用。

3 結語

通過對振華大廈采用梁式轉換、箱式構造轉換層的設計分析，可得到以下結論：

1)梁式轉換、箱式構造轉換層結構有較好的空間結構性能，能減小自身應力水平，在一定程度上克服應力集中，使應力分布更趨合理，從而具有降低構件內力，提高結構可靠度、剛度等方面的優(yōu)點。

2)通過用有限元軟件ANSYS對結構進行空間和平面分析，可得出空間結構分析方法更適合用于結構內力分布計算，應加以推廣應用。

[1] 汪 凱,盛小薇,呂志濤,等.高層建筑預應力混凝土板式轉換層結構設計[J].建筑結構,2000,30(3):45-48.

[2] 張小榮.振華大廈轉換層結構分析與設計研究[D].重慶：重慶大學碩士學位論文，2003.

[3] JGJ 3─2010，高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[4] 趙瓊梅.云南匯都國際C座轉換層設計分析研究[D].重慶：重慶大學碩士學位論文，2006.

On beam-type transfer and design analysis of box type transformation conversion layer of some high-rise building

Zhang Xiaorong

(ChinaNorthwestArchitectureDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,Xiamen361004,China)

Taking Zhenhua Tower as the example, the paper researches the design parameter for the beam-type transfer, box type transformation conversion layer scheme in the project, analyzes the integrated and partial structures of the beam-type transfer and box type transformation conversion layer, and proves by the result that the structural design has better space performance, reasonable stress distribution, so its reliability and stiffness can be improved.

beam-type transfer, box type transformation conversion layer, structural analysis

1009-6825(2015)32-0034-02

2015-09-07

張小榮(1966- )，女，高級工程師

TU973

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