摘要：該項(xiàng)目為一雙塔超高層建筑中的一座，高度165米，塔樓為酒店式公寓，標(biāo)準(zhǔn)層層高僅為3.6米。鑒于該建筑物層高方面的先天不足，在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的手段上必須采取一些非常規(guī)的手段，以保證建筑空間的完整性和結(jié)構(gòu)布置的合理性的有效結(jié)合。本文結(jié)合實(shí)際操作中的結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式，通過(guò)有限元軟件的計(jì)算分析，證明了此種方式的可行性。

關(guān)鍵詞：梁式轉(zhuǎn)換；超高層建筑；加腋剪力墻；有限元分析

前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的增長(zhǎng)，越來(lái)越多的高層乃至超高層陸續(xù)落地于國(guó)內(nèi)的各線城市。同時(shí)，伴隨著材料科技的突飛猛進(jìn)，在高層建筑的布局上也給予了建筑師更大的創(chuàng)作自由度。這些變化，意味著更多的建筑結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)。其中，轉(zhuǎn)換層是一種最為常見的形式。轉(zhuǎn)換的形式主要可分為梁式轉(zhuǎn)換，板式轉(zhuǎn)換，桁架轉(zhuǎn)換和箱式轉(zhuǎn)換等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)的高層建筑中，梁式轉(zhuǎn)換建筑約占75%。可見，梁式轉(zhuǎn)換是轉(zhuǎn)換層的主要形式。但在實(shí)際操作中，由于轉(zhuǎn)換梁存在受力較大、梁截面較高等特點(diǎn)，很多情況下建筑物因?yàn)閮舾叩纫幌盗械臐撛谝蛩夭⒉痪邆淞菏睫D(zhuǎn)換的條件。這時(shí)候就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師采用一些非常規(guī)的手段進(jìn)行一些傳力途徑上的處理，在避免出現(xiàn)截面較大的轉(zhuǎn)換梁的前提下，以盡量簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)構(gòu)造達(dá)到轉(zhuǎn)換的效果。

1 工程實(shí)例

以某工程為例，該塔樓為框架核心筒結(jié)構(gòu)，總高度近165米，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.6米。由于建筑布局的需要，削減了該塔樓六層以上樓層的核心筒內(nèi)X軸向剪力墻；作為相應(yīng)的抗剪補(bǔ)充，在四處外框柱位置采用了剪力墻與框架柱相連的結(jié)構(gòu)布局用以抵抗X向樓層剪力，詳見圖1。由此，在該四處部位形成了框支轉(zhuǎn)換梁，詳見圖2。在建筑要求樓層凈高不小于2.3米的前提下，3.6米的層高除去暖通排風(fēng)管道的下掛空間，顯然第五層的樓層高度是不具備給框支轉(zhuǎn)換梁提供足夠截面高度的條件的。在此種條件下，我們就可以試圖使用加腋剪力墻的方式來(lái)改變框支剪力墻的傳力途徑，將墻的受力直接導(dǎo)向主框架，避免出現(xiàn)框支轉(zhuǎn)換梁，從而節(jié)省層內(nèi)空間。

2 計(jì)算模型的建立

2.1 模型簡(jiǎn)圖以及邊界條件

截取1層至6層的框架梁、框架柱、剪力墻做有限元分析。因SATWE程序無(wú)法準(zhǔn)確分析框架梁與剪力墻的共同作用，所以采用SAP2000對(duì)圖1、圖2內(nèi)橢圓所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。模型的立面圖以及三維圖詳見圖3、圖4；框架梁、框架柱、剪力墻均采用實(shí)體單元模擬。

將六層框架柱頂內(nèi)力及框架梁內(nèi)力作為外荷載輸入模型中；另外將6層框架柱底、剪力墻底部?jī)?nèi)力作為外荷載輸入模型中。所有剪力和軸力以均布荷載的形式輸入模型，彎距以節(jié)點(diǎn)的形式輸入模型中（SAP2000中彎距無(wú)法以均布荷載的形式輸入）。

2.2 截面尺寸及材料

1層至5層框架柱的截面尺寸為800×2450，6層框架柱截面尺寸為800×1200兩種；剪力墻厚度為250mm；框架梁截面均為500×800，混凝土構(gòu)件強(qiáng)度等級(jí)為C60。

3計(jì)算分析

3.1 荷載取值及組合

荷載取值基于SATWE程序整體運(yùn)算結(jié)果，分別提取相關(guān)節(jié)點(diǎn)在恒載（DL）、活載（LL）、水平地震力（EQ）、風(fēng)荷載（WIND）工況下的節(jié)點(diǎn)內(nèi)力輸入SAP2000模型中，各荷載組合工況如下：

1.2DL+1.4LL；

1.35DL+0.98LL；

1.2DL+0.6LL±1.3EQ；

1.2DL+0.6LL±1.3EQ±0.28WIND；

3.2 荷載輸入說(shuō)明

對(duì)所有剪力和軸力以均布荷載的形式輸入，彎距以節(jié)點(diǎn)的形式輸入（SATWE中力和位移的單位是kN和m，SAP2000中力和位移的單位是N和mm）；SATWE中顯示的正負(fù)內(nèi)力是在各構(gòu)件的局部坐標(biāo)下的內(nèi)力方向，根據(jù)這些內(nèi)力方向相應(yīng)地輸入SAP2000整體坐標(biāo)系中（SATWE內(nèi)力方向與SAP2000整體坐標(biāo)一致為正，否則為負(fù)），比如對(duì)于框架柱，SATWE中恒載作用下6層柱頂?shù)妮S力和兩個(gè)方向的剪力分別為-13944.3 kN、75.2 kN、-395.1 kN，該柱截面為800 mm×1200 mm，換算成均布荷載為-14.5 N/mm2、0.08 N/mm2、-0.41 N/mm2，輸入SAP2000中沿整體坐標(biāo)X，Y，Z三個(gè)方向的應(yīng)力分別為0.41 N/mm2、0.08 N/mm2、-14.5 N/mm2；

同理對(duì)于框架柱，SATWE中恒載作用下沿著局部坐標(biāo)X，Y兩個(gè)方向的彎距分別是281.2 kN·m和45.5 kN·m，將上述兩個(gè)彎距分配到平面六個(gè)節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配到的彎距分別是4.7×107N·mm和7.5×106N·mm，輸入SAP2000中沿整體坐標(biāo)X，Y兩個(gè)方向的彎距分別是-7.5×106 N·mm和4.7×107 N·mm，其它荷載輸入類似處理。

3.3各構(gòu)件分析結(jié)果及配筋

6層樓面局部應(yīng)力較大，是因?yàn)?層樓面以上墻柱傳遞過(guò)來(lái)的彎距，是以節(jié)點(diǎn)的形式施加在6層樓面，引起應(yīng)力集中，我們不必考慮。

由圖7可知，加腋剪力墻水平方向以受拉為主，受拉區(qū)大部分墻身應(yīng)力在1.86N/ mm2以內(nèi)，現(xiàn)假定該應(yīng)力全由水平鋼筋承擔(dān)，將該應(yīng)力折算成鋼筋配筋率，則剪力墻水平方向全截面鋼筋配筋率為1.86/360=0.52%，水平方向可以配置雙排三級(jí)鋼筋12@100；剪力墻在豎直方向個(gè)別區(qū)域受拉，大部分區(qū)域受壓，壓應(yīng)力遠(yuǎn)小于混凝土抗壓強(qiáng)度。所以該加腋剪力墻的配筋為雙層雙向三級(jí)鋼筋12@100。

各框架梁所受應(yīng)力方向基本一致，都是左端梁梁底受拉、梁頂受壓，右端相反；考慮增加框架柱延性以及降低軸壓比的需要，實(shí)際結(jié)構(gòu)在框架柱中設(shè)置了型鋼。

4結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，對(duì)于在極端惡劣的結(jié)構(gòu)環(huán)境下通過(guò)設(shè)置加腋剪力墻的形式代替框支轉(zhuǎn)換梁的構(gòu)造做法進(jìn)行了受力分析，并以此為依據(jù)進(jìn)行了相應(yīng)的配筋設(shè)計(jì)。當(dāng)被轉(zhuǎn)換的剪力墻過(guò)長(zhǎng)時(shí)，也可進(jìn)行分層轉(zhuǎn)換，例如圖8的形式，具體構(gòu)造見仁見智，其分析的方法也可參考上述形式。

值得一提的是，此構(gòu)造形式的應(yīng)用前提是，無(wú)論是轉(zhuǎn)換墻還是被轉(zhuǎn)換墻自身都需具備足夠的平面內(nèi)剛度，以保證在豎向平面內(nèi)不發(fā)生太大的變形，防止與墻相連的框架梁固定端附加太多因位移產(chǎn)生的彎矩。本文旨在探討在特定的條件下，以盡量合理的形式換取更多的建筑空間和經(jīng)濟(jì)效益的辦法。望有不同見解者不吝賜教。

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