張 小 榮

(中國建筑西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建 廈門 361004)

某高層梁式轉(zhuǎn)換及箱式構(gòu)造轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)分析

張 小 榮

(中國建筑西北設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換、箱式構(gòu)造轉(zhuǎn)換層方案的設(shè)計(jì)參數(shù)作了研究，并對梁式轉(zhuǎn)換、箱式構(gòu)造轉(zhuǎn)換層整體及局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有較好的空間性能、應(yīng)力分布合理，且可提高結(jié)構(gòu)可靠度與剛度。

梁式轉(zhuǎn)換，箱式構(gòu)造轉(zhuǎn)換層，結(jié)構(gòu)分析

0 引言

當(dāng)前我國高層建筑發(fā)展迅速，上、下部樓層豎向結(jié)構(gòu)體系、形式上為滿足建筑使用要求而差異較大，或擴(kuò)大下部樓層豎向結(jié)構(gòu)軸線距離等現(xiàn)象越來越多[1]。因此對平面布置復(fù)雜、豎向剛度變化不均勻、上下結(jié)構(gòu)不連續(xù)建筑采用單一結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系改變，合理設(shè)置轉(zhuǎn)換層，并對轉(zhuǎn)化層工程進(jìn)行深入分析具有十分重要的意義。

基于此，本文根據(jù)實(shí)際工程情況，提出了一種能真實(shí)反映結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的實(shí)際受力狀態(tài)，又能便于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者應(yīng)用的方法來進(jìn)行轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

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(gè)夾層，上部由A，B，C三個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元組成，其中A，B均設(shè)計(jì)為30層鋼筋混凝土框支剪力墻結(jié)構(gòu)，C樓為4層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)群房。本工程地下室于1994年施工完畢，而上部結(jié)構(gòu)在1999年轉(zhuǎn)手續(xù)建。為適應(yīng)銷售市場，甲方建議采用四面懸挑，縮小開槽尺寸，從而達(dá)到擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)層面積、增大商業(yè)利益的目的[2]。為此移動(dòng)原有上部剪力墻的位置，使設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化層成為必然，且為滿足空間使用要求，結(jié)構(gòu)專審及甲方意見，決定A樓在首層頂轉(zhuǎn)換，B樓在5層頂轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)換層方案主要有：局部厚板轉(zhuǎn)換層、實(shí)體厚板轉(zhuǎn)換層及格構(gòu)式勁性箱體轉(zhuǎn)換層等方案。

局部厚板轉(zhuǎn)換層與實(shí)體厚板轉(zhuǎn)換層均有重量過大，穿管道、留人孔位置設(shè)置困難，計(jì)算分析難，不經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，因此本文選用應(yīng)用最為廣泛，理論也較成熟的格構(gòu)式勁性箱體轉(zhuǎn)換層方案。該方案具體做法為：

1)用巨型轉(zhuǎn)換大梁與普通框支梁組成格構(gòu)，再在上、下兩邊各設(shè)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(yīng)涵蓋在轉(zhuǎn)換大梁中，因此將建筑東、西斷面及南、北梁斷面的轉(zhuǎn)換大梁截面設(shè)為1 750 mm×2 350 mm，1 200 mm×2 350 mm，即為原設(shè)計(jì)框支梁600 mm×2 350 mm的3倍與2倍。

2)將轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換大梁寬度一致。從而使這種設(shè)計(jì)符合“高規(guī)”[3]中的相關(guān)規(guī)定，即“梁下部主筋全部通到柱內(nèi)”與“框支柱應(yīng)有部分鋼筋延伸到框支梁以上一層墻體內(nèi)”。

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

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析

2.1 主要設(shè)計(jì)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(shè)防烈度7度，地面粗糙度為A類，基本風(fēng)壓取值為0.83 kN/m2。振華大廈層高、剪力墻厚度及混凝土強(qiáng)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(zhuǎn)換、箱式構(gòu)造轉(zhuǎn)換層整體結(jié)構(gòu)分析

本工程采用程序軟件PKPM進(jìn)行整體計(jì)算。具體操作為：先用空間桿系程序“TAT”進(jìn)行計(jì)算；再用殼元程序“SATWE”進(jìn)行復(fù)合，框支剪力墻計(jì)算及配筋則通過連接平面有限元程序“FEQ”進(jìn)行計(jì)算；最后，運(yùn)用“TAT-D”進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析，地震波采用程序自帶的波形。其中在用SATWE對轉(zhuǎn)換層進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)考慮箱形轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)性能，即剛度與同尺度下的實(shí)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(jié)構(gòu)，是一種介于梁式轉(zhuǎn)換層與實(shí)心厚板轉(zhuǎn)換層之間的結(jié)構(gòu)體系。因此，在建模時(shí)應(yīng)采用等剛度的梁柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行替代。

2.3 梁式轉(zhuǎn)換、箱式構(gòu)造轉(zhuǎn)換層局部結(jié)構(gòu)分析

對于梁式轉(zhuǎn)換、箱式構(gòu)造轉(zhuǎn)換層局部結(jié)構(gòu)分析，當(dāng)前應(yīng)用較廣的方法是在用SATWE進(jìn)行整體分析的基礎(chǔ)上再用FEQ平面有限元分析程序作局部計(jì)算[4]，從而求得大梁的內(nèi)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(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面有限元及空間有限元分析。

用ANSYS進(jìn)行建模時(shí)，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(yīng)的節(jié)點(diǎn)上；后對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。計(jì)算得出荷載位移見圖1。

結(jié)果得出：

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

2)通過斷面應(yīng)力求得構(gòu)件內(nèi)力，可得出：外荷載不變情況下，箱形結(jié)構(gòu)的受力性能優(yōu)于梁式結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)橄湫谓Y(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)傳遞，從而避免了轉(zhuǎn)換層自身成為抗剪薄弱層，這使箱形結(jié)構(gòu)的“面外受力性能”均得到充分發(fā)揮。另外，箱形結(jié)構(gòu)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(jié)語

通過對振華大廈采用梁式轉(zhuǎn)換、箱式構(gòu)造轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)分析，可得到以下結(jié)論：

1)梁式轉(zhuǎn)換、箱式構(gòu)造轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)有較好的空間結(jié)構(gòu)性能，能減小自身應(yīng)力水平，在一定程度上克服應(yīng)力集中，使應(yīng)力分布更趨合理，從而具有降低構(gòu)件內(nèi)力，提高結(jié)構(gòu)可靠度、剛度等方面的優(yōu)點(diǎn)。

2)通過用有限元軟件ANSYS對結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間和平面分析，可得出空間結(jié)構(gòu)分析方法更適合用于結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布計(jì)算，應(yīng)加以推廣應(yīng)用。

[1] 汪 凱,盛小薇,呂志濤,等.高層建筑預(yù)應(yīng)力混凝土板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu),2000,30(3):45-48.

[2] 張小榮.振華大廈轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)研究[D].重慶：重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003.

[3] JGJ 3─2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 趙瓊梅.云南匯都國際C座轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)分析研究[D].重慶：重慶大學(xué)碩士學(xué)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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