轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度比SATWE與GSSAP的有限元分析實(shí)例

摘要：文章以某辦公住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，依據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，對(duì)該建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度SATWE和廣廈GSSAPSATWE進(jìn)行有限元分析計(jì)算，是后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。本文為高層復(fù)雜建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算提供實(shí)例參考。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu) 剛度 有限元 實(shí)例

一. 建筑工程概況

對(duì)煙臺(tái)某廣場(chǎng)3號(hào)住宅辦公樓進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該面積為9772.13平方米，地下2層為停車場(chǎng)，層高5.2米，地上1～4層為商鋪，層高4.6～6.1米，5層～29層為住宅，層高2.9米，建筑平面如圖1。

二、高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算原則

剛度比為高層建筑的重要控制指標(biāo)，主要限制了高層建筑的豎向不規(guī)則性。對(duì)帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜高層建筑在設(shè)置轉(zhuǎn)換層位置結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變，容易形成形成薄弱層，剛度比的控制顯得尤為重要。

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.5.3條明確規(guī)定：A級(jí)高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的65%；B級(jí)高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的75%。10.2.6條規(guī)定：底部為2～5層大空間的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)換層下部框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度與相同或相近高度的上部剪力墻結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比γe宜接近1，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于2，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于1.3。

三、計(jì)算結(jié)果及分析

通過SATWE對(duì)本工程轉(zhuǎn)換層的有限元分析，X方向質(zhì)心坐標(biāo)值為101.1719（m） Y方向質(zhì)心坐標(biāo)值為28.1380（m），X方向剛心坐標(biāo)值為100.7249（m） Y方向剛心坐標(biāo)值為30.8890（m），層剛性主軸的方向?yàn)?。XY方向質(zhì)心坐標(biāo)值和剛心坐標(biāo)值基本重合。轉(zhuǎn)換層總質(zhì)量為2887.4688（t），X，Y方向的偏心率分別為0.0463，0.3886。X，Y 方向本層塔側(cè)移剛度與下一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度的比值為0.7858及0.7758。X，Y 方向本層塔側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度70%的比值或上三層平均側(cè)移剛度80%的比值中之較小者分別為1.0090及1.0395。結(jié)構(gòu)總體坐標(biāo)系中塔的側(cè)移剛度和扭轉(zhuǎn)剛度三個(gè)方向數(shù)值分別為3.9498E+07（kN/m），7.3303E+07（kN/m），3.6735E+09（kN/m）。所以軟件SATWE判定本工程轉(zhuǎn)換層為薄弱層，地震剪力放大系數(shù)調(diào)整為1.15。

在高位轉(zhuǎn)換時(shí)轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比，SATWE采用的樓層剛度算法為剪切剛度算法。轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)起止層號(hào)取3～6層，高度為20.5米，轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)起止層號(hào)取7～13層，高度為20.6米，進(jìn)行分析。X方向下部剛度為 0.1126E+08 X方向上部剛度為0.6808E+07，X方向剛度比為0.6044；Y方向下部剛度為0.2108E+08，Y方向上部剛度為0.1179E+08，Y方向剛度比為0.5591。樓層兩方向抗剪承載力為0.3926E+05、0.6503E+05本層與上一層的承載力之比為1.52。

通過GSSAP對(duì)本工程轉(zhuǎn)換層的有限元分析：0（度）方向?qū)觽?cè)向剛度為5145817，轉(zhuǎn)換層與上層的比值為0.83大于最小比值0.7。轉(zhuǎn)換層與上三層平均值為0.82大于最小比值0.8，地震剪力增大系數(shù)取1.25。90（度）方向?qū)觽?cè)向剛度為11941140，轉(zhuǎn)換層與上層的比值為0.66小于最小比值0.7。轉(zhuǎn)換層與上三層平均值為0.68大于最小比值0.8，符合高規(guī)要求。轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)起止層號(hào)取3～6層，高度為20.6米，轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)起止層號(hào)取7～13層，高度為20.5米，進(jìn)行分析。0（度）方向下部剛度為852193，0（度）方向上部剛度為488590，0（度）方向剛度比為0.57；90（度）方向下部剛度為1943144，90（度）方向上部剛度為926115，90（度）方向剛度比為0.47。

樓層側(cè)向剛度方面GSSAP分析結(jié)果為，0（度）方向?qū)觽?cè)向剛度為2074683 kN，本層與上層比值為0.56小于規(guī)范要求最小比值0.7；本層與上三層平均值為0.71小于規(guī)范要求最小比值0.8，程序自動(dòng)地震剪力增大1.25倍。90（度）方向?qū)觽?cè)向剛度為3510803kN，本層與上層比值為0.65小于規(guī)范要求最小比值0.7；本層與上三層平均值為0.78小于規(guī)范要求最小比值0.8，程序自動(dòng)地震剪力增大1.25倍。根據(jù)《高規(guī)》3.5.2條規(guī)定考慮層高修正的樓層側(cè)向剛度比為下層側(cè)向剛度與下層層高的乘積與上層側(cè)向剛度與上層層高的乘積的比值。分析結(jié)果修正的樓層側(cè)向剛度比為1.07小于規(guī)范要求最小比值1.10，程序自動(dòng)地震剪力增大1.25倍。

結(jié)論：

用SATWE對(duì)帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑轉(zhuǎn)換層進(jìn)行有限元計(jì)算，對(duì)設(shè)置轉(zhuǎn)換層位置結(jié)構(gòu)剛度沿豎向剛度的大小及變化情況進(jìn)行了分析研究，以防止局部出現(xiàn)薄弱層，控制建筑整體的剛度比。