1、研究生開題報告研究生開題報告 轉換層（加強層）結構形式及設計要點主講：黃桂新導師：吳韶源研究生開題報告轉換層（加強層）結構形式及設計要點 課題來源 轉換層（加強層）結構定義及形式 轉換層結構設計原則 轉換層結構的計算模型 轉換層結構的設計控制 展望一、課題來源圖1.1 桁架轉換形式1圖1.2 桁架轉換形式2關鍵桿件關鍵桿件一、課題來源 SATWE計算結果對比相差3倍多大偏拉柱，配筋大一、課題來源圖1.3 桁架轉換形式1圖1.4 桁架轉換形式2 兩種形式結構的優缺點有哪些？高位轉換，不利受拉柱外推柱低位轉換受壓柱內拉柱二、轉換層（加強層）結構定義 轉換層在高層建筑結構的底部，當上部樓層部分豎向構

2、件（剪力墻、框架柱）不能直接連續貫通落地時，應設置結構轉換層，在結構轉換層布置轉換結構構件。（高規10.2.1） 何為加強層呢？二、轉換層（加強層）結構定義 加強層當框架-核心筒、筒中筒結構的側向剛度不能滿足要求時。可利用建筑避難層、設備層空間，設置適宜的水平伸臂構件，形成帶加強層的高層建筑結構。（高規10.3.1） 無外伸桁架時，框架梁的變形大，不能有效地把力傳遞給框架柱。有效地把力傳遞給框架柱框架梁變形大二、轉換層（加強層）結構定義 設置剛臂連接芯筒和外框架，增加抗推剛度(抵抗傾覆) 周邊住左邊受拉右邊受壓二、轉換層（加強層）結構定義 廣州西塔二、轉換層（加強層）結構定義 廣州西塔二、轉換

3、層（加強層）結構定義 轉換層與加強層兩者相似之處： 結構形式類似（高規10.2.4和10.3.1條） 均需要占用1-2層的高度（因而稱為”層”） 轉換層與加強層兩者不同之處： 轉換層：由于建筑使用功能的改變導致結構布置的改變，此時需要設置轉換層銜接上、下梁部分不同的結構。多為橋式結構 加強層：因結構本身剛度和整體性的需要而設置。加強構件-伸臂。 二、轉換層（加強層）結構形式 高規第10.2.4條： 轉換結構可以采用轉換梁、桁架、空腹桁架、箱型結構、斜撐等。 高規第10.3.1條： 水平伸臂構件、周邊環帶構件可采用斜腹桿桁架、實體梁、箱型梁、空腹桁架等形式。 二、轉換層（加強層）結構形式 轉換層

4、（加強層）結構形式用的較少，不適用加強層二、轉換層（加強層）結構形式 梁式轉換結構1、高規高規10.2.1010.2.10條，條，轉換層上部的豎向抗側力構件（墻、柱）宜宜直接落在轉換層主結構上。2、高規高規10.2.1610.2.16條，條， B B級級高度框支剪力墻高層建筑的結構轉換層，不宜不宜采用框支主、次梁方案。優點：設計、施工簡單，受力明確。缺點： 受剪承載力來控制，截面尺寸較大； 由于梁很強，處理不好可能與框支柱行程“強梁弱柱”現象，對結構抗震不利； 轉換梁的通風、采光均不利；二、轉換層（加強層）結構形式 梁式轉換結構深圳海濱花園二、轉換層（加強層）結構形式梁式轉換在實際工程中運用如

5、此多二、轉換層（加強層）結構形式 寬扁梁轉換結構1、研究表明，轉換梁寬而扁，剛度適當弱化，組合效應較小，較為有利，且愈是高烈度區，弱化轉換梁剛度愈有利。2、應雙向設置寬扁梁，以擴大外核心區范圍，保證外核心受扭承載力。設計要點 對于柱支剪力墻寬扁梁轉換結構，梁高宜滿足跨高比10，設計尚應注意轉換層上層的柱支剪力墻截面不能過大削弱； 對于托柱轉換寬扁梁轉換結構，梁高宜滿足跨高比10； 對于托墻轉換寬扁梁轉換結構，梁高宜滿足跨高比8； 工程實例：深圳五洲賓館工程實例：深圳五洲賓館二、轉換層（加強層）結構形式 寬扁梁轉換結構深圳五洲賓館二、轉換層（加強層）結構形式 厚板轉換結構1、高規高規10.2.4

6、10.2.4條，條，非抗震設計和6度抗震設計可采用；7、8度抗震設計的地下室轉換構件可采用厚板。注：厚板轉換層結構，目前缺乏完善的分析方法，應盡量避免采用。2、通常23m厚。只有在上下結構明顯不協調，無法采用其他方法時才會使用。由于自重較大，傳力不明確，對抗震不利。優點：下層柱可靈活布置，無需與上部結構對齊。缺點： 自重大且用料多； 不適宜抗震設防烈度6度以上高層；二、轉換層（加強層）結構形式 厚板轉換結構河南金融廣場二、轉換層（加強層）結構形式 箱形轉換結構1、高規高規10.2.10.2.1313條，條，箱行轉換結構上、下樓板厚度均不宜小于180mm，應根據轉換柱的布置和建筑功能要求設置雙向

7、橫隔板；上、下板配筋設計應同時考慮局部彎曲和整體彎曲的影響，橫隔板宜按深梁設計。2、截面高度一般為跨度的1/81/5；腹板一般最小厚度400mm；下部支撐結構的柱和墻要延伸到箱形樓蓋的頂板。優點：上下兩層樓板作為翼緣，中間設置若干腹板(看似剪力墻，但工作狀態不同)構成。其承載能力比梁式大得多。缺點： 自重大且用料多； 計算分析也較復雜；二、轉換層（加強層）結構形式 預應力箱形轉換結構東莞大劇院二、轉換層（加強層）結構形式 桁架轉換結構1、高規高規10.2.10.2.2727條，條，轉換構件采用桁架時，轉換桁架斜腹桿的交點、空腹桁架的豎腹桿宜與上部密柱的位置重合；轉換桁架的節點應加強配筋及構造措

8、施。2、斜撐可以受壓也可以受拉，混凝土宜以受壓為主，受拉時可以考慮采用型鋼或預應力混凝土構件。優點：斜撐的優點之一是傳力路線明確。缺點： 斜柱在其與豎柱相交處產生水平分力作用于樓層，對該水平力最好的處理辦法是設法在最短的傳力途徑上予以平衡消失； 建筑空間問題；二、轉換層（加強層）結構形式 桁架轉換結構深圳國檢大廈二、轉換層（加強層）結構形式 空腹桁架轉換結構1、高規高規10.2.10.2.1515條，條，采用空腹桁架轉換層時，空腹桁架宜滿層設置，應有足夠的剛度。空腹桁架的上、下弦桿宜考慮樓板作用，并應加強上、下弦桿與框架柱的錨固連接構造；2、計算應取消剛性樓板，按彈性樓板計算。優點：不影響建筑

9、造型和采光。內力計算較為簡單，節點處理比較簡單，傳遞路徑比較明確。缺點： 無斜桿，水平荷載作用下，桁架層剪力主要由腹板柱承受； 建筑跨度較大時，豎向荷載作用下往往產生過大的撓度，影響使用；三、轉換層結構設計原則減少轉換傳力直接 布置轉換層上下主體豎向結構時，注意盡量使水平轉換結構傳力直接，盡量避免多級復雜轉換（如二級次梁轉換），慎重采用傳力復雜、抗震不利的平厚板轉換，如上下柱網確實無法對齊時，盡量采用箱型轉換。 強化下部、弱化上部 盡量強化轉換層下部結構的側向剛度，弱化轉換層上部結構的側向剛度，使轉換層上下主體結構的側向剛度盡量接近、平滑過渡。三、轉換層結構設計原則規范對轉換層上下部剛度要求

10、高規.E01 當轉換層設置在1、2層時，可近似采用轉換層與其相鄰上層結構的等效剪切剛度比e1表示轉換層上、下層結構剛度的變化，e1宜接近1，非抗震設計時e1不應小于0.4，抗震設計時e1不應小于0.5。 當轉換層設置在第2層以上時，按本規程式(3521)計算的轉換層與其相鄰上層的側向剛度比不應小于0.6。 （美國規范IBC2006） E03 當轉換層設置在第2層以上時，尚宜采用圖E所示的計算模型按公式(E03)計算轉換層下部結構與上部結構的等效側向剛度比e2。e2宜接近1，非抗震設計時e2不應小于0.5，抗震設計時e2不應小于0.8。為何規定三種算法？三、轉換層結構設計原則三種算法解析 上述規

11、范條文，可以判斷上下層（相鄰層）的剛度比應為剪切剛度比，而高位轉換的上下部結構的等效側向剛度比則為剪彎剛度比； 相鄰層（上下層）的剛度比，側重的是轉換層與其上層的層剛度變化突變值。規范要求此剛度比宜接近1，即盡量不產生突變。規范的3.5.2條也是如此要求，基于同樣的道理，因為相鄰樓層的剛度發生突變，比如導致應力集中而不利。所以這點要求（相鄰層的剛度比）即便不是轉換結構，也是要求的。只是轉換層本身就是轉換，剛度突變，先天不足，故對此要求適當降低了。這里并不是放松，而是逼不得已。因為雖然剛度比要求降低了，但用詞為“應”，且在轉換結構構件及概念設計的要求上，卻加強了非常之多。 上下部結構的剛度比，側

12、重的是整個區域的剛度變化。對于沒有剛度突變的結構，比如剪力墻結構，就很少存在這個問題。但轉換結構不一樣。而轉換層設置位置越高，其發生剛度改變的區域高度就越大，故下部的轉換結構區與上部非轉換的結構區的對比就越大。此時僅僅限制相鄰層的剛度比顯然不合理，也不安全；前兩種側重局部，后一種側重整體三、轉換層結構設計原則舉例子說明算法的影響 為了說明此點，打個簡單的比方（不一定恰當），轉換層上下層剛度比滿足時，其轉換層高度為5.8m。但是轉換層位于第三層。而這個結構的第一層層高為13m，第二層層高為9m。如此層高設置，大致能滿足規范的3.5.2條相鄰層剛度比要求。但大家都知道，這么設置很明顯不合理，可如果

13、規范僅僅規定相鄰層的剛度比，就會出現一個奇怪的現象：明明覺得不合理，但規范要求卻是滿足的。 規范提出的等效側向剛度比，就是為了控制轉換層的位置不宜太高，亦即轉換柱所在的區域高度不宜太高。 回到上述例子，假設三層轉換，第一層層高5.4m，第二層層高5.4m，第三層轉換層層高5.8m，這么設置層高時，大家都覺得比較正常。其實這個感覺里，就內嵌了等效側向剛度比的概念。轉換層設置位置應從整體結構把握三、轉換層結構設計原則三、轉換層結構設計原則三、轉換層結構設計原則四、轉換結構的計算模型 高規高規10.1.210.1.2條文說明，帶轉換層結構，抗震設條文說明，帶轉換層結構，抗震設計時應采用至少兩個不同力

14、學模型的結構分析軟件計時應采用至少兩個不同力學模型的結構分析軟件進行整體計算。進行整體計算。 高規高規10.1.510.1.5條，復雜高層建筑結構中的受力復條，復雜高層建筑結構中的受力復雜部位，宜進行應力分析，并按應力進行配筋設計雜部位，宜進行應力分析，并按應力進行配筋設計校核。校核。四、轉換結構的計算模型梁托柱的轉換結構( (框支結構） 這類轉換層的計算模型，可以仍采用桿模型。 高規第10.2.6條，當轉換層在3層及3層以上時，框支柱、剪力墻底部加強區的抗震等級應提高1級，已為特一級時可不提高； 在特殊構件定義中應把與托柱梁相連的柱定義為轉換柱，以便內力調整。 高規第10.2.8條，轉換梁截

15、面高度不宜小于計算跨度的1/8，托柱轉換梁截面寬度不應小于其上所托柱在梁寬方向的截面寬度。四、轉換結構的計算模型其他幾個特殊柱或梁什么時候采用呢？四、轉換結構的計算模型梁托墻的轉換結構（框支剪力墻結構） 框支剪力墻結構宜采用墻元（殼元）模型，如SATWE、PMSAP等。PKPM V2.1的SATWE將托墻的轉換梁按墻輸入，可實現殼元計算； 高規第10.2.16條當結構豎向布置復雜，框支主梁承托剪力墻并承托轉換次梁及其上剪力墻時，應進行應力分析，按應力校核配筋，并加強配筋構造措施； 框支托梁的構造應按高規的相應要求控制，如托梁上的洞口布置、托梁的腰筋配置等等；框支柱、托梁均應在特殊構件中單獨定義

16、，否則程序不會按框支柱、托梁進行設計控制；（高規10.2.8詳細介紹，包括配筋、截面控制、錨固等）四、轉換結構的計算模型厚板轉換結構 高規第10.2.14條，轉換厚板可由抗彎、抗剪、抗沖切截面驗算確定。（配筋及構造要求詳見10.2.14） 整體計算時厚板一定要考慮厚板面外的變形，這樣才能把上部結構、厚板、下部結構的變形、傳力等計算合理，厚板平面內可以按無限剛考慮。 在用SATWE、PMSAP進行結構的整體分析時，在軸線上布置100*100的虛梁，細分厚板單元。最后在分析時厚板必須定義為彈性樓板（可以用“彈性板3” 面內無限剛，面外有剛度）。 支撐厚板的柱均應定義為框支柱（轉換柱）。 可以借助二

17、次分析程序SLABCAD完成，其中板的配筋、沖切、應力驗算等均包含在內。四、轉換結構的計算模型桁架轉換結構 桁架轉換結構可由SATWE、TAT、PMSAP輸入計算，其分析的關鍵是桁架上、下層弦桿的軸力，所以在分析時一定要把上、下弦桿層的樓板定義成彈性樓板6或彈性膜，以便計算出上、下弦桿的軸力。 當斜腹桿的布置比較簡單，只與上、下樓層節點相連，則用SATWE、TAT計算沒有問題；如果斜腹桿布置復雜，用SATWE、TAT計算時就需要簡化。五、轉換結構的設計控制高規條文 表3.9.3和表3.9.4關于A、B級最大適用高度的規定； 第10.2.5條 轉換層位置，8度不宜超過3層；7度不宜超過5層；6度

18、時可適當提高； 第10.1.2條 9度抗震設計，不應采用帶轉換層結構、帶加強層的結構、錯層結構和連體結構； 表3.9.3和表3.9.4，正確填寫結構構件的抗震等級；（注意10.2.6構件及有關部位抗震等級的提高） 第10.2.2 條，帶轉換層的高層建筑結構，其剪力墻底部加強部位高度宜取轉換層以上兩層且不宜小于房屋高度的1/10。 10.2.16條，框支框架承擔的地震傾覆力矩應小于結構總地震傾覆力矩的50%五、轉換結構的設計控制位移比周期比 高規的3.4.5條規定，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移，A、B級高度高層建筑均不宜大于該樓層平均值的1.2倍； A級高度高層建筑不應大于該樓層平均值的

19、1.5倍，B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑，不應大于該樓層平均值的1.4倍； 高規的3.4.5條規定，結構扭轉為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1 之比， A級高度高層建筑不應大于0.9；B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑不應大于0.85。五、轉換結構的設計控制轉換層上部與下部結構的側向剛度比 高規的10.2.3條2款，轉換上部結構與下部結構的側向剛度比的計算和限值，應符合附錄E的規定。 高規附錄E中E.0.1是針對轉換層位于1、2層的，采用轉換層上、下層結構等效剪切剛度比算法， re宜為1，限制非抗震設計時不應小于0.4，抗震設計時不應小于0.5； E.0

20、.3是針對轉換層位置大于2層的，采用轉換層的上部結構與帶轉換層的下層結構等效側向剛度比算法， re宜為1，限制非抗震設計時不應小于0.5，抗震設計時不應小于0.8； E.0.2當轉換層設置在2層及2層以上時轉換層本層側向剛度不應小于相鄰上一層樓層側向剛度的60%。五、轉換結構的設計控制 SATWE輸出剛度比 SATWE可在WMASS.OUT文件中查看。= 高位轉換時轉換層上部與下部結構的等效側向剛度比= 轉換層所在層號= 3 轉換層下部結構起止層號及高度= 1，3，10.10 轉換層上部結構起止層號及高度= 4，6，8.10 X方向下部剛度= 0.2353E+08，X方向上部剛度= 0.276

21、9E+08， X方向剛度比= 0.9439 Y方向下部剛度= 0.4338E+08，Y方向上部剛度= 0.3284E+08， Y方向剛度比= 0.6072五、轉換結構的設計控制 SATWE輸出剪力墻底部加強部位剪力墻底部加強部位 高規的10.2.4條，剪力墻底部加強部位的高度可取框支層加上框支層以上兩層的高度及墻肢總高度的1/10二者的較大值。WMSS.OUT文件中有輸出：剪力墻底部加強區信息.剪力墻底部加強區層數 IWF= 5剪力墻底部加強區高度(m) Z_STRENGTHEN= 22.90五、轉換結構的設計控制 SATWE定義抗震等級抗震等級 對凡是在整體結構抗震等級中定義的，程序自動判斷

22、，是否轉換高層，轉換層是否在3層及以上，而對框支柱，底部加強部位的剪力墻的抗震等級提高一級，需要特殊構件定義； 對底部加強部位的不落地剪力墻的抗震等級不予提高； 對于在“特殊構件” 菜單中另行改動了抗震等級，則不做調整； 構造詳傅學怡構造詳傅學怡“帶轉換高層建筑設計的建議帶轉換高層建筑設計的建議”六、展望 轉換構件的模型化問題 當遇到厚板轉換層結構時，對厚板上下構件之間的傳力機制存在分析不明、傳力不清的問題。 目前可以對框支轉換結構分析，為使上部墻與托梁共同工作，而使墻下部節點與梁進行位移協調，所以下部托梁被打斷成一段段短梁，而托梁的高度又較大，造成梁單元剛度誤差、偏剛，有時托梁有整層的高度，這種誤差會加大。解決辦法只有把托梁也按二維有限元的方法劃分單元整體分析，配筋則采用梁的方式。六、展望 轉換結構的分析方法問題 目前，軟件對施工過程恒載初內力計算采用了施工模擬算法。該方法對一般高層建筑結構在恒載下柱、