摘要：針對(duì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了小震及中震詳細(xì)分析，對(duì)高層建筑抗震中短柱的正確判定進(jìn)行了論述，并重點(diǎn)分析了桁架轉(zhuǎn)換層的受力及其對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的影響。計(jì)算結(jié)果表明，桁架轉(zhuǎn)換具有傳力明確，傳力路徑清楚，結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量變化較為均勻等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)；計(jì)算結(jié)果分析

一、抗震結(jié)構(gòu)整體計(jì)算結(jié)果及分析

小震和中震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了SATWE和ETABS兩個(gè)軟件進(jìn)行計(jì)算。分別采用多遇地震和抗震設(shè)防烈度（中震）地震下振型分解反應(yīng)譜法和多遇地震下彈性時(shí)程法進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算分析。

多遇地震下兩個(gè)程序結(jié)果相近，各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)前三周期分別為4.50s，3.31s和1.99s，結(jié)構(gòu)在地震作用下最大層間位移角為1/829，在風(fēng)荷載作用下的最大層間位移角為1/795。樓層剛度比計(jì)算采用層間剪力比層間位移算法，桁架轉(zhuǎn)換層位于第6層，轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)起止層號(hào)為1層—6層，高度25.80m，轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)起止層號(hào)為7層—12層，高度24.20m。

由于剪切剛度比定義不適用于桁架式轉(zhuǎn)換層上下剛度比的計(jì)算，可以以轉(zhuǎn)換層上下層側(cè)移剛度比γ描述轉(zhuǎn)換層剛度比的變化。根據(jù)定義，轉(zhuǎn)換層上層與轉(zhuǎn)換層側(cè)移剛度比γX向?yàn)?.76，Y向?yàn)?.82。轉(zhuǎn)換層與轉(zhuǎn)換層下層側(cè)移剛度比γX向?yàn)?.36，Y向?yàn)?.22。轉(zhuǎn)換層及其下層樓層抗剪承載力滿足不小于相鄰上層的80%的規(guī)定。桁架轉(zhuǎn)換相對(duì)其他轉(zhuǎn)換形式具有沿高抗側(cè)剛度突變小的優(yōu)點(diǎn)。

二、高層建筑抗震中短柱的正確判定

柱凈高H與截面高度h之比H/h≤4為短柱，工程界許多工程技術(shù)人員也都據(jù)此來判定短柱，這是一個(gè)值得注意的問題。因?yàn)榇_定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比λ，只有剪跨比λ=M/Vh≤2的柱才是短柱，而柱凈高與截面高度之比H/h≤4的柱其剪跨比λ不一定小于2，亦即不一定是短柱。按H/h≤4來判定的主要依據(jù)是：①λ=M/Vh≤2；②考慮到框架柱反彎點(diǎn)大都靠近柱中點(diǎn)，取M=0.5VH，則λ=M/Vh=0.5VH/Vh=0.5H/h≤2，由此即得H/h≤4。但是，對(duì)于高層建筑，梁、柱線剛度比較小，特別是底部幾層，由于受柱底嵌固的影響且梁對(duì)柱的約束彎矩較小，反彎點(diǎn)的高度會(huì)比柱高的一半高得多，甚至不出現(xiàn)反彎點(diǎn)，此時(shí)不宜按H/h≤4來判定短柱，而應(yīng)按短柱的力學(xué)定義——剪跨比λ=M/Vh≤2來判定才是正確的。

框架柱的反彎點(diǎn)不在柱中點(diǎn)時(shí)，柱子上、下端截面的彎矩值大小就不一樣，即Mt≠M(fèi)b。因此，框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一樣的，即λt=Mt/Vh≠λb=Mb/Vh。此時(shí)，應(yīng)采用哪一個(gè)截面的剪跨比來判斷框架柱是不是屬于短柱呢？筆者認(rèn)為，應(yīng)該采用框架柱上、下端截面中剪跨比的較大值，即取λ=max（λt，λb）。一般情況下，在高層建筑的底部幾層，框架柱的反彎點(diǎn)都偏上，即Mb>Mt。

在層高一定的情況下，為提高延性而降低軸壓比則會(huì)導(dǎo)致柱截面增大，且軸壓比越小截面越大；而截面增大導(dǎo)致剪跨比減小，又降低了構(gòu)件的延性，軸壓比與延性比關(guān)系圖如圖1所示，因此，在高層特別是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為滿足規(guī)程對(duì)軸壓比限值的要求，柱子的截面往往比較大，在結(jié)構(gòu)底部常常形成短柱甚至超短柱。

圖1 軸壓比與延性比關(guān)系圖

三、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

3.1 轉(zhuǎn)換桁架內(nèi)力分析

表1為SATWE和ETABS軟件計(jì)算的桿件內(nèi)力。

表1桁架計(jì)算內(nèi)力

桿件軟件最大軸力/KN最大彎矩/KN·m

上

弦

桿A桁架

SATWE1513（邊跨外側(cè)）-769（中跨內(nèi)側(cè)梁端）

ETABS1476（中跨外側(cè)）-780（中跨內(nèi)側(cè)梁端）

B桁架SATWE-5988（中跨跨中）-827（中跨梁端）

ETABS-5492（中跨跨中）-934（中跨梁端）

下

弦

桿A桁架

SATWE2880（中跨跨中）-802（中跨梁端）

ETABS2974（中跨跨中）-888（中跨梁端）

B桁架SATWE3773（中跨跨中）-1129（中跨梁端）

ETABS3786（中跨跨中）-1047（中跨梁端）

斜

腹

桿A桁架

SATWE-11437（邊跨內(nèi)側(cè)）-875（邊跨外側(cè)）

ETABS-10606（邊跨內(nèi)側(cè)）-811（邊跨外側(cè)）

B桁架SATWE-15351（中跨）1177（中跨）

ETABS-16207（中跨）1104（中跨）

桁架弦桿除B桁架跨中段外在大多數(shù)荷載組合下軸力均為拉力。桁架最大拉力出現(xiàn)在B桁架跨中下弦桿（3786kN），且梁端彎矩較大（1047KN·m）。

3.2轉(zhuǎn)換桁架設(shè)計(jì)

桁架設(shè)計(jì)采用SATWE和ETABS計(jì)算結(jié)果中的不利結(jié)果進(jìn)行配筋。弦桿支座處根據(jù)組合設(shè)計(jì)值按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，按標(biāo)準(zhǔn)組合值計(jì)算裂縫，裂縫控制不大于0.3mm，其余部位按軸心受拉進(jìn)行計(jì)算，裂縫控制不大于0.1mm。為了減小桁架局部應(yīng)力集中和加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，在弦桿、斜桿和柱相交處加腋。設(shè)計(jì)時(shí)，下弦桿軸力均考慮由型鋼承擔(dān)，彎矩由梁的面筋和底筋承擔(dān)。桁架下弦采用型鋼（H600×600×20×20），型鋼應(yīng)力比控制在0.7以內(nèi)。轉(zhuǎn)換層上層為了滿足/強(qiáng)邊柱弱中柱0原則和控制柱壓比，中柱截面為1000×950，邊柱截面為1000×1350，并在邊柱中加芯柱予以加強(qiáng)。

3.3轉(zhuǎn)換層及其上層板分析設(shè)計(jì)

為了找出樓板的最大應(yīng)力分布，在各種工況下進(jìn)行了樓板有限元分析并進(jìn)行了對(duì)比。根據(jù)樓板有限元分析結(jié)果，轉(zhuǎn)換層及其上層樓板除了豎向樓面荷載引起的彎矩外，靠近桁架弦桿的板沿弦桿軸向的軸力均較大，這部分軸力是由轉(zhuǎn)換桁架傳遞到板上的。其中A桁架下弦桿內(nèi)側(cè)一跨板（3.6m）最大軸向拉力為1154kN，上弦桿內(nèi)側(cè)一跨板（3.7m）最大軸向拉力為1039kN；B桁架下弦內(nèi)側(cè)一跨板（2.6m）最大軸向拉力為1517kN，上弦桿內(nèi)側(cè)一跨板（2.7m）最大軸向拉力為952kN。

計(jì)算表明，6倍板厚以外區(qū)域板拉應(yīng)力已小于混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，根據(jù)這種應(yīng)力的大小分布規(guī)律加強(qiáng)了沿弦桿周圍的板筋，在弦桿周圍根據(jù)不同拉力大小布置不同配筋的板帶暗梁。板帶暗梁根據(jù)有限元分析板的應(yīng)力，并按軸心受拉梁計(jì)算裂縫寬度控制在0.2mm以內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)。板帶寬度為6倍板厚（1200mm）。為增加桁架及與其相連板的抗裂性，轉(zhuǎn)換桁架及內(nèi)側(cè)一跨板采用添加化學(xué)纖維混凝土。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐興榮.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[M].北京：建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]徐培福.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：建筑工業(yè)出版社，2005.

作者簡介：孫慧，女，講師，碩士。主要研究建筑結(jié)構(gòu)等方面。