□□ 　　

(山西建筑職業(yè)技術學院，山西 太原　030006)

引言

隨著建筑技術的不斷創(chuàng)新與進步，人們不僅對建筑物的空間數(shù)量及空間大小有著很高的要求，而且對建筑物的空間布局及位置分布的要求也越來越高，例如大型購物中心、商場、大型超市等類型的建筑物，其底部均要求有較大的空間，但此類建筑的上部結構功能布置又往往需要更多的較小的空間，例如用作酒店房間或辦公室等。在結構受力傳力上，此類建筑物上部小空間結構的豎向荷載無法直接傳于下部樓層受力構件上。對于此類建筑，可通過設置轉換層于上、下結構樓層間，以形成上下剛度大小不同的框支剪力墻結構體系。轉換層的主要形式有梁式轉換、桁架轉換、厚板轉換等，并根據(jù)建筑結構的實際條件，應用于不同的結構形式。本文引用工程案例，采用PKPM-SATWE模塊對部分框支剪力墻建筑進行抗震模擬，并建模分析當轉換層高度不同時對結構抗震性能的影響。

1　工程實例

某工程項目位于山西省大同市，地上為29層，地下為2層，總高度為84.40 m，總建筑面積為18 708.35 m2。其中地下一層層高為5.1 m，地上一二層層高為3.9 m，三層以上各層層高均為3.0 m，屋頂設置電梯間、水箱間；一至三層為商場，四層以上均為住宅。該項目結構體系屬于常見的框支剪力墻結構體系，轉換層位于3層，采用鋼筋混凝土梁式結構轉換層，下部結構剪力墻厚度為400 mm，上部剪力墻厚度設置為250 mm和200 mm。

根據(jù)結構設防類別、場地設防烈度、建筑物高度和高層建筑混凝土技術規(guī)程，確定主要構件的抗震等級為：框支柱、轉換梁為特一級；加強部位的落地剪力墻抗震等級定為特一級；非加強部位的落地剪力墻抗震可適當降低一級，故定為一級。主要構件名稱及混凝土強度等級等信息見表1。

表1　構件名稱及混凝土等級信息表

2　針對結構模型的抗震計算

2.1　模型建立及模型結構分析

采用PKPM-CAD建立該項目的結構模型，并根據(jù)項目工程背景，依據(jù)相關設計規(guī)范對模型中已設置的構件進行結構分析，分析要點歸納如下：

(1)為了保證結構框架部分的安全，設計時嚴格控制框支柱和落地剪力墻的軸壓比，提高其在地震作用下的承載能力和延性變形能力。

(2)轉換層結構設計的核心是豎向剛度的突變問題，所以在結構設計時嚴格控制轉換層下部、上部樓層的等效剛度比。

(3)落地剪力墻與框支柱之間的剪力分配依靠轉換層位置處的樓板完成，設計時將轉換層位置處的樓板厚度加厚，同時加厚相鄰上下層樓板的厚度。

(4)通過調(diào)整結構主要受力構件截面、布置方式減小扭轉效應，使樓層位移比控制在1.4以內(nèi)。

2.2　模型結構計算

采用PKPM-SATWE軟件對已建立的模型進行計算，主要包括以下計算內(nèi)容：

2.2.1振型及地震力方向角

取結構前30個振型進行分析，在對結構周期、扭轉作用進行計算時，地震作用最大方向角為-86.617°。

2.2.2扭轉周期與平動周期比

扭轉周期與平動周期比值的計算結果為0.79，其值<0.85，故滿足JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》的規(guī)定。

2.2.3有效質量系數(shù)

軟件計算的有效質量系數(shù)見表2，計算結果反映了計算所取的振型已滿足設計要求，兩個方向的有效質量系數(shù)均>90%。

表2　有效質量系數(shù)

2.3　結構變形分析

地震作用下結構樓層的位移情況為：在X向，最大位移比出現(xiàn)在30層，位移角為1/1 818；在Y向，最大位移比出現(xiàn)在31層，位移角為1/1 428。

經(jīng)過軟件計算可以看出，在發(fā)生地震時，層與層之間的位移角最大值滿足規(guī)范規(guī)定的除框架結構外的轉換層及剪力墻結構最大位移角(1/1 000)。當發(fā)生偶然偏心地震時，構件位移比均比1.5要小，完全符合規(guī)范要求?？梢圆捎迷黾勇涞氐撞考袅Φ膲χ穸葋碓龃蠹袅偠龋罐D換層上下剛度比滿足JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》附錄E.0.3的要求，而且均>1.0。而結構沿豎向的剪切剛度在Y方向發(fā)生了突變，這是因為未落地的剪力墻主要為Y向，結構的豎向剛度在轉換層位置處發(fā)生了突變，所以結構在地震作用下的樓層位移角在轉換層處也發(fā)生了突變。

3　轉換層設置高度對結構抗震的影響

3.1　對結構振型、周期的影響

通過調(diào)整結構模型，使轉換層分別位于第3、4、5、6層，分析轉換層位于不同樓層時對結構抗震性能的影響。

3.1.1結構自振周期

通過調(diào)整結構模型中轉換層的設置位置，將轉換層位置逐步提高后，由于該框支剪力墻結構的框支柱截面尺寸大且根數(shù)多，導致結構的剛度和質量分布不均勻，計算后出現(xiàn)了結構自振周期逐漸減小的現(xiàn)象。當結構自振周期減小時，將直接影響地震系數(shù)的取值，使其逐漸增大，故導致地震時對結構產(chǎn)生的地震力增大，結構的基底剪力進而增大。

3.1.2結構周期比

不論轉換層位置設置在哪一層，結構的前兩階以平動為主，第3階以扭轉為主。當轉換層分別設置在3層、4層、5層、6層時，通過計算各個模型以扭轉為主的Tt與以平動為主的T1的比值可以發(fā)現(xiàn)，當轉換層位置從3層上升到6層時，對結構整體的抗扭能力影響不大，Tt與T1的比值均能滿足JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》限值的要求，結構仍然具有較好的抗扭剛度。

3.2　對結構位移的影響

結構樓層位移和層間位移角在水平荷載作用下，隨著轉換層設置位置的不同而發(fā)生變化。分別將轉換層設置于不同的樓層，采用反應譜法計算樓層位移，同時繪制樓層位移包絡圖如圖1所示。

圖1　結構位移包絡圖

轉換層位置較高時，附近樓層的水平位移增大，增加的幅度隨著樓層的增高而減少，結構的整體位移基本保持不變，分析可能是因為結構周期減小，質量變大，使得總地震作用增大。隨著樓層的提高，空間效應變得更加明顯，所以底部框架的變形曲線更接近于剪切型變形曲線。

3.3　結構層剛度比計算分析

借助計算軟件，對結構模型中不同轉換層的設置位置計算結構剛度比，結果見表3。

表3　結構剛度比

由表3可以發(fā)現(xiàn)，對于不同的轉換層設置位置，樓層的剪切剛度比是相同的，而隨著轉換層設置高度的提高，樓層的等效側向剛度比逐漸減小，但仍然比JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》要求的大?？梢哉f在其他條件相同時，轉換層的設置高度越高，結構的等效側向剛度比就越小，即結構的抗震性能也越差。

4　結語

本文針對帶高位轉換層的部分框支剪力墻結構，利用PKPM-SATWE軟件建立分析模型，對其進行了抗震性能研究和分析。通過調(diào)整結構轉換層的高度、轉換層上下層的剪力墻厚度和數(shù)量，使結構剛度的突變幅度和扭轉效應得到了控制。對轉換層不同設置高度的計算分析可知，在高位轉換層下，框支框架比重增大，結構的自振周期隨著轉換層高度的提高逐漸變小，結構基底剪力逐漸增大。該工程在計算地震作用時選取了21個振型階數(shù)，振型數(shù)越多，越能更直觀地反映高階振型對結構地震作用的影響程度。轉換層高度提高后，轉換層相鄰樓層層間位移角的突變越明顯，越容易形成薄弱層，所以結構的整體性能越差，抗震能力也就越差。

參考文獻：

[1] 徐光新.高層建筑框剪結構混凝土厚板轉換層的施工[J].建筑施工，2004(4)：308-309.

[2] 施云偉，王自成.對高層轉換層中框支梁施工技術的若干思考[J].黑龍江科技信息，2007(14)：280.

[3] 雍軍.帶高位轉換層高層建筑框支剪力墻結構抗震性能研究[D].成都：西南交通大學，2008.

[4] 底層大空間剪力墻結構研究組.底層大空間剪力墻結構12層模型的試驗研究[J].建筑結構學報，1984(2)：1-8.

[5] 劉靈敬.基于性能的帶高位轉換層框支剪力墻結構抗震研究[D].武漢：華中科技大學，2012.