斜梁轉(zhuǎn)換對框架抗震的影響分析

劉蘆

摘 要：斜梁轉(zhuǎn)換層是一種樓層轉(zhuǎn)換形式，是一種全新的技術(shù)，我國在對該項技術(shù)研究與使用方面仍然沒有較多的資料。我們主要利用建模軟件對其進行建模分析。斜梁轉(zhuǎn)化幾乎對自振周期沒有影響，樓梯的最大位移形式也不會因為斜梁轉(zhuǎn)換形式而發(fā)生改變。本文主要針對斜梁轉(zhuǎn)換框架抗震結(jié)構(gòu)進行分析。

關(guān)鍵詞：斜梁；框架；抗震影響

一、模型的建立

1.模型基本信息

本文構(gòu)建的框架模型主要是立面進行，這可實現(xiàn)其他因素對斜梁轉(zhuǎn)化的有效減少。簡單規(guī)則的對稱是建立模型的基本要求。我們主要利用SAP2000軟件對實現(xiàn)對模型的有效建立。薄殼單元是樓板的主要組成部分，混凝土采用型號為C30，120mm是適宜厚度。結(jié)構(gòu)單元是梁柱的主要形式，梁柱所采用混凝土強度為C40。該模型共有9層框架結(jié)構(gòu)，都是由混凝土構(gòu)成，高度一共為4m。上大下小是樓層平面尺寸的顯著特征，同時注意軸網(wǎng)一共為6m。

2.轉(zhuǎn)化層位置模型建立

首先對模型進行分組對比，第一種為普通箱轉(zhuǎn)化模式，沒有斜梁，第二種為斜梁轉(zhuǎn)換模式，注意是在同一位置。第一種模式是將底部樓層作為轉(zhuǎn)換層，將第二層設(shè)置為選取轉(zhuǎn)換層，需要采用梁托柱的形式而不進行斜梁轉(zhuǎn)換。第二種模型將第二層設(shè)置為轉(zhuǎn)換層，采用斜梁轉(zhuǎn)換的形式，斜梁尺寸與框架梁尺寸相同，

二、計算結(jié)果分析

1.自振周期對比分析

根據(jù)上述數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換層并不能實現(xiàn)對框架結(jié)構(gòu)前三個振型類別的改變，平動以及平動扭轉(zhuǎn)是前三個類型的顯著特征，兩個模模型的周期基本呈現(xiàn)出一致的現(xiàn)象，也就是說框架的周期不會因為斜梁的轉(zhuǎn)換形式而發(fā)生改變，斜梁轉(zhuǎn)換對周期只有很小的影響，周期根據(jù)模型的變化呈現(xiàn)出逐漸變小的趨勢。轉(zhuǎn)換層位置會實現(xiàn)對周期大小的有效改變，層數(shù)越高周期減少也會隨之發(fā)生越多的現(xiàn)象。

2.層間位移對比

（1）水平地震作用層間位移

模型1層間位移呈現(xiàn)出大于模型2的狀態(tài)，這種趨勢會隨著層數(shù)的升高而呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，頂層差值最大可達到6%。斜梁轉(zhuǎn)換層會在地震作用力的轉(zhuǎn)化下發(fā)生位移。

從位移走勢來看，兩個模型的對大位移處均為第三層，3層以下，位移隨層高增加，三層以上，層間位移隨層高而減少。模型1的樓層位移要略大于模型二與X地震作用下的規(guī)律相同，最大層間位移仍然出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換層處，可看出斜梁轉(zhuǎn)換未為改變框架的基本性質(zhì)，對于位移的控制沒有改變。

x方向地震作用下三個模型的樓層最大層間位移仍然出現(xiàn)在第3層，轉(zhuǎn)換層的位移沒有改變最大位移出現(xiàn)處。但是中間和上部樓層出現(xiàn)轉(zhuǎn)換層時樓層最大層間。

位移減少，且中下部樓層層間位移跟著減小，中下部分的樓層層間位移趨勢編的平緩。y方向地震作用下這種變化更為顯著，轉(zhuǎn)換層位于中間樓層的情況中下樓層變緩的趨勢最為明顯，轉(zhuǎn)換層在上部樓層時，層間位移減小的浮動值增加。

3.地震作用下轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力對比

選取的梁均為邊跨梁，模型1選取轉(zhuǎn)換層（2層頂）梁托柱，即的挑出梁和3層轉(zhuǎn)換柱，模型2選取轉(zhuǎn)換層斜梁。未使用斜梁轉(zhuǎn)換的模型1，轉(zhuǎn)換處挑出梁和梁托柱彎矩、剪力均較大。對比可以發(fā)現(xiàn)模型2轉(zhuǎn)換斜梁的彎矩、剪力相對于模型1的梁柱大大減少，而軸力增加。這個受力的改變使轉(zhuǎn)換梁上部相當(dāng)一部能分垂直荷載改變傳力方向，類似于拱傳力作用?？梢钥闯鲛D(zhuǎn)換斜梁的受力性質(zhì)更趨向于小偏心受壓的柱子，可以很好的減少轉(zhuǎn)換處的剪力彎矩。

三、需要注意的幾個因素

1.轉(zhuǎn)換次數(shù)：布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時，要注意盡可能多地布置成上下主體豎向結(jié)構(gòu)連續(xù)貫通，尤其是在核心筒框架結(jié)構(gòu)中，核心筒宜盡量上下貫通，盡量減少轉(zhuǎn)換的次數(shù)。

2.傳力要求：布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時，要注意盡可能使水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)傳力直接，盡量避免多級復(fù)雜轉(zhuǎn)換，更應(yīng)盡量避免傳力復(fù)雜、對抗震不利、質(zhì)量大、耗材多、不經(jīng)濟、不合理的厚板轉(zhuǎn)換。上部剪力墻應(yīng)落在托梁的中面上，避免剪力墻托梁的受力偏心，以免使托梁受到大的扭矩，地震時容易產(chǎn)生震害。

3.軸壓比限值與短柱：采用轉(zhuǎn)換層后，高層建筑底部的若干柱子要承受上部結(jié)構(gòu)荷重。因柱距受建筑功能的制約，柱截面又要滿足軸壓比和上下層剪切剛度比的要求，因而柱子大多為對抗震不利的短柱。由于大幅度增加層高不太可能，也不經(jīng)濟，為避免短柱的出現(xiàn)只有減小柱截面，然而減小柱截面有時可能很難滿足軸壓比限值。因此，在設(shè)計中必須進行重點研究。

4.高位轉(zhuǎn)換框支柱的處理：由于框支柱內(nèi)力、軸壓比、配筋等要求都嚴(yán)于普通框架柱，這就涉及到安全與經(jīng)濟的問題，必須慎重考慮。一般框支柱只需在4～5層范圍內(nèi)予以考慮，最多不大于7層，而在其他層的柱應(yīng)全按框架柱處理。對于目前大部分轉(zhuǎn)換層設(shè)在3～5層的結(jié)構(gòu)，則轉(zhuǎn)換層下的柱應(yīng)全按框支柱處理。

5.優(yōu)化配置：在抗震設(shè)計中，當(dāng)因為建筑功能需要高位轉(zhuǎn)換時，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先選擇不致于引起框支柱柱頂彎矩過大、柱剪力過大的結(jié)構(gòu)形式，如斜腹桿析架、空腹析架和寬扁梁等，同時要注意滿足強度、剛度要求，避免脆性破壞。

6.厚板轉(zhuǎn)換層。許多商住樓的上層結(jié)構(gòu)軸線不一致，轉(zhuǎn)換粱無法布置，往往設(shè)置厚板轉(zhuǎn)換層，其厚度可達2～2.5m。而在地震作用下，由于厚板集中了很大的剛度和質(zhì)量，地震反應(yīng)強烈，不僅板本身受力很大，而且由于沿豎向剛度突然變化，相鄰的上下層也受到很大的作用力，容易產(chǎn)生震害。此外，在豎向力和地震力的共同作用下，板可能發(fā)生沖切破壞和剪切破壞，板內(nèi)必須三向配筋。從已有的工程來看，帶厚板轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工比較復(fù)雜，材料用量和造價都較高，在抗震設(shè)計上問題較多，采用時必須慎重。

四、結(jié)論

1.斜梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)存在對于簡單對稱框架自振周期影響較小，且不改變振型類別對。

2.轉(zhuǎn)換斜梁沿Y方向的轉(zhuǎn)換層形式并沒有改變框架樓層層間最大位移出現(xiàn)處，轉(zhuǎn)換樓層處于中間樓層時，結(jié)構(gòu)中下部樓層層間位移走勢變緩。這些變化在Y方向地震作用（即與轉(zhuǎn)換斜梁方向相同的地震作用）時更為明顯。

3.轉(zhuǎn)換斜梁受力形式類似于小偏心受壓柱，可以有效減少由于樓層平面尺寸不同的轉(zhuǎn)換形式導(dǎo)致的梁托柱的彎矩剪力較大的現(xiàn)象。

五、結(jié)語

綜上所述，在設(shè)計復(fù)雜的高層建筑結(jié)構(gòu)時，不論是從使用功能還是從安全、經(jīng)濟等方面考慮，合理地選擇轉(zhuǎn)換層的設(shè)置位置和形式都是非常重要的。在對結(jié)構(gòu)進行整體分析時，應(yīng)注意轉(zhuǎn)換層的設(shè)置位置、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)變形及轉(zhuǎn)換層上下層剪切剛度比對結(jié)構(gòu)的影響。應(yīng)選擇受力明確、傳力直接的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，并在此基礎(chǔ)上考慮工程的綜合造價問題。

參考文獻：

[1]肖疆.框架結(jié)構(gòu)樓梯震害原因分析及加固和改進措施研究[D].中國建筑科學(xué)研究院，2013.

[2]李艷祥.樓梯對多高層鋼結(jié)構(gòu)抗震性能的影響[D].昆明理工大學(xué)，2013.

[3]王躍翔.基于轉(zhuǎn)換層對框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的影響分析[J].商品與質(zhì)量·建筑與發(fā)展，2013（12）.