Building-轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).引言為了使結(jié)構(gòu)底部滿足大空間的使用要求，上部樓層部分豎向構(gòu)件（剪力墻，框架柱）不能直接連續(xù)貫通落地， 此時(shí)需要設(shè)置轉(zhuǎn)換層， 在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層布置水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，將上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力轉(zhuǎn)移到下部。帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)主要可歸納為兩大類，一類是其主體結(jié)構(gòu)由上部剪力墻結(jié)構(gòu)，下部筒體框架結(jié)構(gòu)或框架剪力墻結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層組成；另一類是其主體結(jié)構(gòu)由上部小柱網(wǎng)框架、 筒體、剪力墻結(jié)構(gòu)，下部大柱網(wǎng)框架、剪力墻結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層 組成。轉(zhuǎn)換構(gòu)件包括：梁，桁架，空腹桁架，箱型結(jié)構(gòu)，斜撐，厚板等。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層常見的有 梁式轉(zhuǎn)換和板式轉(zhuǎn)換兩種類型。梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，受力比較直接明確， 是目前得到廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形

2、式。板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，受力、傳力途徑比較復(fù)雜，不夠明確；一般只有在上下部結(jié) 構(gòu)明顯不協(xié)調(diào)，無法采用梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時(shí)才采用。目前市場(chǎng)上的其他軟件對(duì)于轉(zhuǎn)換梁的處理還都不盡完善。有些軟件利用梁?jiǎn)卧獊砟M轉(zhuǎn)換梁，用墻單元來模擬轉(zhuǎn)換梁上邊的剪力墻。這樣處理的問題在于實(shí)際計(jì)算的時(shí)候，剪力墻的下邊緣與轉(zhuǎn)換梁的中性軸進(jìn)行變形協(xié)調(diào)，導(dǎo)致中性軸以上的截面相當(dāng)于沒有參與工作。此時(shí)通過剛度放大系數(shù)來調(diào)整轉(zhuǎn)換梁剛度，再進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)； 還有一些分析類的軟件，可以對(duì)轉(zhuǎn)換梁按照板單元來進(jìn)行建模，此時(shí)便不存在上述的變形協(xié)調(diào)的問題，分析結(jié)果也相對(duì)準(zhǔn)確。但由于對(duì)于轉(zhuǎn)換梁的配筋，我們習(xí)慣上還是按照梁?jiǎn)卧獊磔敵觯宰詈蟮慕Y(jié)果還需要人為進(jìn)

3、行整理，增加了工作量。midas Building綜合了上述兩種處理方法的優(yōu)點(diǎn)，采用“梁?jiǎn)卧?，板單元分析，梁?jiǎn)卧O(shè)計(jì)”的處理方法，下面將通過一個(gè)工程實(shí)例，對(duì)該方法進(jìn) 行比較詳細(xì)的闡述。.工程簡(jiǎn)介某酒店，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，共23層，結(jié)構(gòu)總高度為 87m o2層為轉(zhuǎn)換層，采用轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換梁截面尺寸最大達(dá)到900mmX2800mm。3層部分剪力墻與柱未落地，直接落在了轉(zhuǎn)換梁上。柱截面尺寸：1-2層方柱：1400mmX1400mm，圓柱直徑為 1200mm;其它層柱：500700mmX900mm 等；結(jié)構(gòu)大師模型 如圖1所示。-1J圖1某酒店三維圖.操作步驟具體建模，施

4、加荷載及設(shè)定邊界條件從略， 本文主要介紹和轉(zhuǎn)換梁有關(guān)的一些操作細(xì)節(jié)。單擊主菜單【結(jié)構(gòu)-樓層和標(biāo)準(zhǔn)層】，或者是主菜單下方的工具按鈕R ,打開標(biāo)準(zhǔn)層和樓層對(duì)話框。修改樓板類型圖2標(biāo)準(zhǔn)層和樓層在一般的模型分析中，進(jìn)行整體分析時(shí)，為了提高計(jì)算速度，常常采用剛性樓板假 定，此時(shí)樓板平面內(nèi)剛度為無限大，而平面外剛度不予考慮。此時(shí)，每塊剛性樓板僅有 三個(gè)公共的自由度，水平向的兩個(gè)平動(dòng)自由度和繞Z向的扭轉(zhuǎn)自由度。由于按照剛性板計(jì)算內(nèi)力時(shí)不考慮平面內(nèi)變形，因而得不到轉(zhuǎn)換梁的軸力，對(duì)轉(zhuǎn)換梁的其它分析結(jié)果也 有比較大的影響。因此對(duì)轉(zhuǎn)換層應(yīng)不設(shè)置剛性樓板假定，而按照彈性樓板進(jìn)行分析。單擊轉(zhuǎn)換梁所在樓層標(biāo)準(zhǔn)層 P2后邊

5、的樓板類型，打開下拉列表，如圖 3所示。將樓 板類型由剛性板修改為“彈性板”。強(qiáng) 板膜板外 性性性刖 刖彈彈內(nèi)圖3樓板類型指定轉(zhuǎn)換層當(dāng)本層有轉(zhuǎn)換層構(gòu)件時(shí)，需要將該層指定為轉(zhuǎn)換層。單擊2F層后邊“轉(zhuǎn)換層”列的勾選框，勾選框內(nèi)出現(xiàn)符號(hào)“V”，表示該層已經(jīng)被轉(zhuǎn)換層。指定為轉(zhuǎn)換層后，程序會(huì)按照高規(guī)附錄E要求計(jì)算轉(zhuǎn)換層上下層的側(cè)向剛度比。后邊將在查看結(jié)果里進(jìn)行詳細(xì)介紹。指定轉(zhuǎn)換梁目前程序還無發(fā)自動(dòng)識(shí)別轉(zhuǎn)換構(gòu)件，需要利用“分析設(shè)計(jì)”菜單下的“修改構(gòu)件類型”命令進(jìn)行指定。打開主菜單【分析設(shè)計(jì)-構(gòu)件類型-修改構(gòu)件類型】圖4修改構(gòu)件類型首先在模型視圖中將轉(zhuǎn)換梁選中，選擇的時(shí)候，可以按照截面特性進(jìn)行選擇。構(gòu)件類型

6、中選擇“梁”，子類型中選擇“轉(zhuǎn)換梁”，然后點(diǎn)擊“適用”，則選中的這些梁將被指定為轉(zhuǎn) 換梁。如圖5所示綠色的梁，轉(zhuǎn)換梁顏色可自行指定。圖5轉(zhuǎn)換梁的指定將構(gòu)件指定為轉(zhuǎn)換梁后，程序會(huì)自動(dòng)按照規(guī)范要求進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整。建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50011-2010第3.4.4條豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)時(shí)，該構(gòu)件傳遞給水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的地震內(nèi)力應(yīng)根據(jù)烈度高低和水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的 類型，受力情況，幾何尺寸等，乘以1.202.0的增大系數(shù)；高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程報(bào)批稿 第10.2.4條轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件可采用轉(zhuǎn)換梁、桁架、空腹桁架、箱形結(jié)構(gòu)、斜撐等，非抗震設(shè)計(jì)和6度抗震設(shè)計(jì)時(shí)可 采用厚板，7、8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)地下室的轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用

7、厚板。特一、一、二級(jí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件的水平地震作用計(jì) 算內(nèi)力應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.9、1.6、1.3；轉(zhuǎn)換構(gòu)件應(yīng)按本規(guī)程第4.3.2條的規(guī)定考慮豎向地震作用。轉(zhuǎn)換梁的網(wǎng)格尺寸在“模型控制”中進(jìn)行設(shè)置，默認(rèn)值為0.3m,可以人為進(jìn)行修改。圖6轉(zhuǎn)換梁網(wǎng)格尺寸指定詳細(xì)分析墻對(duì)于與轉(zhuǎn)換梁相鄰的剪力墻，為了更詳細(xì)的了解其應(yīng)力和內(nèi)力狀態(tài)，需要將其指定為詳 細(xì)分析墻。如圖 6所示，對(duì)于一般的剪力墻，程序默認(rèn)的網(wǎng)格尺寸為1.8m,而對(duì)于詳細(xì)分析墻，默認(rèn)的網(wǎng)格尺寸與轉(zhuǎn)換梁相同，為 0.3m。打開主菜單【分析設(shè)計(jì)-剪力墻詳細(xì)分析-墻，選擇需要詳細(xì)劃分的墻，如下圖所示。4圖7選擇需要詳細(xì)分析的墻.IT-dhr普力保田密HJ

8、F.lit時(shí)姍圖8指定詳細(xì)分析墻在圖8所示對(duì)話框中，點(diǎn)擊“選擇 /添加”按鈕，則被選中的剪力墻會(huì)添加到列表中。 程序分析的時(shí)候，對(duì)這些剪力墻會(huì)按照詳細(xì)分析墻的網(wǎng)格尺寸進(jìn)行劃分網(wǎng)格?？蛑е募袅φ{(diào)整轉(zhuǎn)換層以下，一般落地剪力墻的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于框支柱的剛度，落地剪力墻幾乎承受全部地震剪力，而框支柱的剪力非常小。當(dāng)落地剪力墻出現(xiàn)裂縫后剛度下降，會(huì)導(dǎo)致框支柱剪力增加。因而高規(guī)中按照轉(zhuǎn)換層位置不同和框支柱數(shù)目的多少，對(duì)框支柱剪力調(diào)整做了不同的規(guī)定。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程報(bào)批稿 第10.2.17條部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)框支柱承受的水平地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下列規(guī)定采用：1每層框支柱的數(shù)目不多于10根時(shí)，當(dāng)?shù)撞靠蛑?/p>

9、層為12層時(shí)，每根柱所受的剪力應(yīng)至少取結(jié)構(gòu)基底剪 力的2%；當(dāng)?shù)撞靠蛑訛?層及3層以上時(shí)，每根柱所受的剪力應(yīng)至少取結(jié)構(gòu)基底剪力的3%；2每層框支柱的數(shù)目多于10根時(shí)，當(dāng)?shù)撞靠蛑訛?2層時(shí)，每層框支柱承受剪力之和應(yīng)取結(jié)構(gòu)基底剪 力的20%；當(dāng)框支層為3層及3層以上時(shí)，每層框支柱承受剪力之和應(yīng)取結(jié)構(gòu)基底剪力的30%。框支柱剪力調(diào)整后，應(yīng)相應(yīng)調(diào)整框支柱的彎矩及柱端框架梁的剪力和彎矩，但框支梁的剪力、彎矩、框 支柱的軸力可不調(diào)整。midas Building中，可以自動(dòng)識(shí)別框支柱。同時(shí)，框支柱內(nèi)力調(diào)整以后，對(duì)于與框支柱 相連的框架梁（非轉(zhuǎn)換梁）的剪力和彎矩，由于調(diào)整系數(shù)比較大，為了避免不符合實(shí)際的

10、 結(jié)果，程序開放給用戶指定是否需要調(diào)整。如圖 9所示，程序默認(rèn)需要調(diào)整其內(nèi)力。圖9調(diào)整與框支柱相連的梁的內(nèi)力分析結(jié)果在本章引言中介紹過， midas Building中對(duì)于轉(zhuǎn)換梁，采用了 “梁?jiǎn)卧?，板單元?析，梁?jiǎn)卧O(shè)計(jì)”的處理方法。按照梁?jiǎn)卧獊斫?，很容易理解，在建模階段，通過連接兩 點(diǎn)建立線性梁?jiǎn)卧?按照上述操作，將該梁?jiǎn)卧付檗D(zhuǎn)換梁后，程序會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)換梁?jiǎn)卧詣?dòng)劃分網(wǎng)格，按照板單元來進(jìn)行分析。轉(zhuǎn)換梁的網(wǎng)格劃分，可以在分析設(shè)計(jì)之后進(jìn)行查看。打開工具箱里的顯示控制按鈕,出現(xiàn)如圖10所示對(duì)話框，在顯示分頁中將顯示單元網(wǎng)格前面的勾選框勾選。圖10顯示控制窗口(a)轉(zhuǎn)換梁與詳細(xì)分析墻的網(wǎng)格劃

11、分(b)與柱子的節(jié)點(diǎn)耦合圖11網(wǎng)格劃分轉(zhuǎn)換梁的網(wǎng)格劃分如圖 11所示，程序劃分網(wǎng)格時(shí)，自動(dòng)考慮了其相鄰的柱子的節(jié)點(diǎn)耦 合問題，對(duì)柱構(gòu)件也進(jìn)行了相應(yīng)的劃分。內(nèi)力和應(yīng)力結(jié)果分析之后，打開主菜單【結(jié)果-構(gòu)件分析結(jié)果-詳細(xì)分析結(jié)果】，可以查看轉(zhuǎn)換梁和詳細(xì) 分析墻在各荷載組合或荷載工況下的內(nèi)力和應(yīng)力結(jié)果。圖13詳細(xì)分析結(jié)果對(duì)話框mF m 聃 mnJXIAFlxm I 1 11 a JMtil口 : D文It L 習(xí)時(shí) 05-CTi!L|LIdas 3jlkinfF旨ti144 Wl m“a.為 碑 *w-*?|J 9 金T： -M U K1 J73 3 14豆丁 1Kte也; 月性好IC日 T DF-W

12、7KLL圖14 X向地震荷載工況下轉(zhuǎn)換梁和詳細(xì)分析墻單位寬度軸力圖15 X向地震荷載工況下轉(zhuǎn)換梁和詳細(xì)分析墻的有效應(yīng)力側(cè)向剛度不規(guī)則驗(yàn)算結(jié)果由于轉(zhuǎn)換層附近豎向剛度變化比較大，這對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利，因而高規(guī)附錄E中對(duì)于轉(zhuǎn)換層附近的側(cè)向剛度比有明確的要求。程序根據(jù)轉(zhuǎn)換層所在位置，自動(dòng)選擇按照剪切剛度或剪彎剛度計(jì)算方法，輸出轉(zhuǎn)換層附件側(cè)向剛度比，并按照規(guī)范要求自動(dòng)進(jìn)行判斷。表1轉(zhuǎn)換層附近側(cè)向剛度要求轉(zhuǎn)換層位置側(cè)向剛度計(jì)算方法上下層側(cè)向剛度比要求非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)1層或2層剪切剛度0.40.52層以上剪切剛度0.6男等剛度0.50.8打開主菜單【結(jié)果-層分析結(jié)果-規(guī)則性驗(yàn)算結(jié)果-側(cè)向剛度不規(guī)則驗(yàn)算】.一至

13、朱二王E1WOUEH：-JU，：Pgc GL“g 嗚 MaHEkl41;強(qiáng)，陋l. Jli工，Ew; EL=*-01ii.M-】S. EL. S虹口1J1K值留印度T規(guī)II假算（廠串廠入餐解闈座】城則單力，城勢(shì)由的切削度J 創(chuàng)小劃庾不糊AL圖16轉(zhuǎn)換層上下側(cè)向剛度比設(shè)計(jì)結(jié)果前面講過，對(duì)于轉(zhuǎn)換梁，程序按照板單元來分析， 程序會(huì)對(duì)板單元的內(nèi)力結(jié)果按照沿長(zhǎng) 度方向各個(gè)截面進(jìn)行積分，利用積分后得到的內(nèi)力結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)。如圖16所示,對(duì)于轉(zhuǎn)換梁，程序按照梁?jiǎn)卧獊磔敵雠浣睢４蜷_【圖形結(jié)果-各層配筋簡(jiǎn)圖-各構(gòu)件設(shè)計(jì)及驗(yàn)算結(jié)果】 OjS-c.bC -%” MT8 20M 口口 24Er-w&H & zTH由 dga6 0.3 后GS CU 612hrLTr7禽 X _J n - 君 LrlrS4MF1EI E.erAsr-:J4 2D 48*。/39-OD G04D. QI I后4 5 - - ?，ni,中 34-20-74H： ql-iLMulITEfIHA5 宕dSTrlUF鼻上0G0.7- DJGQJ-9.TG。自力164 &0 13-37 13 4Bsw 二二 二，1.二Enk duSuGOJ-DJ 0 13-Ji37-Z5-T3VT940 Is宣E 二口口ML-DEr?= EE#-