趙軍　王立波

（安陽工學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院河南安陽　455000）

探討上部計(jì)算層對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的影響

趙軍王立波

（安陽工學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院河南安陽455000）

復(fù)雜高層建筑近年來日益增多，這里介紹了轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的功能，并用有限元分析了上部墻體計(jì)算層的影響。

高層建筑；轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；有限元

前言

由于建筑功能的不同的要求，部分豎向構(gòu)件不直接貫通落地而通過剛度較大的轉(zhuǎn)換構(gòu)件連接構(gòu)成的高層建筑結(jié)構(gòu)，稱為帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)。此類建筑主要可以分為兩類：①主體結(jié)構(gòu)由上部剪力墻與下部筒體框架結(jié)構(gòu)或框架剪力墻結(jié)構(gòu)通過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層組成；②主體結(jié)構(gòu)由上部小柱網(wǎng)與下部大柱網(wǎng)通過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層組成。近年來，由于其底部空間大，使用靈活，因而被廣泛應(yīng)用。

1　結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的功能

結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換通過轉(zhuǎn)換層在結(jié)構(gòu)功能上可以概括為以下幾類：

1.1實(shí)現(xiàn)上下層結(jié)構(gòu)類型改變的轉(zhuǎn)換層應(yīng)用情況

這種類型的轉(zhuǎn)換是轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的最典型應(yīng)用，因此應(yīng)用十分廣泛，適用的轉(zhuǎn)換層型式也較多，可以采用梁式轉(zhuǎn)換層、桁架式轉(zhuǎn)換層、空腹桁架式轉(zhuǎn)換層、箱形轉(zhuǎn)換層和厚板式轉(zhuǎn)換層等。

1.2實(shí)現(xiàn)上、下柱網(wǎng)軸線改變的轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用情況

這種轉(zhuǎn)換類型也很普遍，可以采用的型式有梁式、桁架式、空腹桁架式、墻式和拱式等。

1.3同時(shí)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)軸線布置改變的轉(zhuǎn)換層應(yīng)用情況

這種類型的轉(zhuǎn)換主要應(yīng)用于有特殊要求的設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)換層在型式上一般采用厚板或箱形，其它型式采用較少。

2　托墻形梁式轉(zhuǎn)換層

在幾種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中梁式轉(zhuǎn)換受力、傳力比較直接明確，且結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層還可提供一定的建筑、設(shè)備利用空間，是目前應(yīng)用最廣泛的轉(zhuǎn)換形式。

它的基本受力傳力模式是：主轉(zhuǎn)換梁支承于下部主體結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件，次轉(zhuǎn)換梁支承于主轉(zhuǎn)換梁或下部主體結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件，主次轉(zhuǎn)換梁共同承受和支托上部結(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)換梁所支撐的上部結(jié)構(gòu)部分開洞往往不太規(guī)則，工作狀態(tài)較為不利，轉(zhuǎn)換梁其截面應(yīng)力在垂直荷載及水平荷載作用下相對(duì)來說較大。為加強(qiáng)轉(zhuǎn)換梁及上部結(jié)構(gòu)其剛度，減少因轉(zhuǎn)換梁變形所引起的二次附加應(yīng)力，轉(zhuǎn)換梁可以通過控制設(shè)計(jì)剪壓比來初步確定，同時(shí)保證轉(zhuǎn)換梁本身具有良好的強(qiáng)度、剛度、延性。在設(shè)計(jì)時(shí)，為偏于安全和提高轉(zhuǎn)換梁的剛度，確定梁截面時(shí)可采用其支托的全部上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向荷載產(chǎn)生的剪力，不考慮上部結(jié)構(gòu)參與工作的有利因素。用這種方法設(shè)計(jì)控制的轉(zhuǎn)換梁截面能較好的滿足剛度、強(qiáng)度、延性的要求。

3　計(jì)算層影響分析

豎向荷載是轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)主要承受的荷載，因此研究轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的受力是很有必要的，本文采用有限元分析程序來研究上部墻體對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的受力特征的影響。

為研究?jī)?nèi)力影響與轉(zhuǎn)換梁承托層數(shù)之間相互關(guān)系，分析圖1（a）所示計(jì)算簡(jiǎn)圖。在計(jì)算時(shí)，分別按上部結(jié)構(gòu)n=0層、1層、2層、3層、4層，上部結(jié)構(gòu)的層高可按3m進(jìn)行考慮，上部結(jié)構(gòu)墻體厚度為0.3m，下部結(jié)構(gòu)框架柱尺寸為1.6m×1.6m為1；轉(zhuǎn)換梁其截面高度為1.6m、寬度為0.6m，轉(zhuǎn)換梁的跨度為11.8m，混凝土的等級(jí)取C40，均布荷載q=500kN/m。內(nèi)力其計(jì)算結(jié)果對(duì)比如圖2。

圖1　轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖2　不同層墻體內(nèi)力比較圖

其中M為轉(zhuǎn)換梁跨中區(qū)最大彎矩，N為轉(zhuǎn)換梁最大軸力，V為轉(zhuǎn)換梁在支座處的最大剪力。從上圖中可以看出，對(duì)于上部墻體的層數(shù)，考慮2層時(shí)與考慮3層時(shí)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果中設(shè)計(jì)控制內(nèi)力差異較大；考慮3層時(shí)與考慮4層時(shí)對(duì)比發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果中設(shè)計(jì)控制內(nèi)力差異不大。

對(duì)于其上部墻體的開洞，其尺寸和位置見圖1（b），其他條件見圖1（a），考慮其上部墻體n=2層，3層，4層的計(jì)算結(jié)果見表1。通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的比較，轉(zhuǎn)換梁上部墻體是否開洞對(duì)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力計(jì)算影響相對(duì)來說較大，應(yīng)力集中現(xiàn)象往往會(huì)出現(xiàn)，但對(duì)其轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)所控制的內(nèi)力的計(jì)算結(jié)果精度影響甚小。

4　結(jié)論

通過以上計(jì)算結(jié)構(gòu)分析還表明：無論轉(zhuǎn)換梁上部墻體的形式如何，只要墻體存在一定長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)換梁中的彎矩就會(huì)較不考慮上部墻體作用的要小，相應(yīng)墻體下的轉(zhuǎn)換梁就有一定范圍出現(xiàn)受拉區(qū)。針對(duì)出現(xiàn)的這種情況在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)明白其原因并采取一定的優(yōu)化措施。

[1]唐興榮.高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)與施工.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002，10.

表1　墻體開洞與不開洞內(nèi)力比較表

TU755

A

1673-0038（2015）13-0063-02

2015-3-2

趙軍（1980-），男，河南安陽人，講師，碩士，主要研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)工程。