帶轉換層高層建筑結構

分析

在高層建筑結構的底部，當上部樓層部分豎向構件（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。當高層建筑上部樓層豎向結構體系與下部樓層差異較大，或者下部樓層豎向結構軸線距離擴大或上、下部結構軸線錯位時，就必須在結構改變的樓層布置轉換層結構。底部大空間部分框支剪力墻結構，上部為剪力墻結構，底部數層為落地剪力墻或筒體和支承上部剪力墻的框架組成的協同工作結構體系。這種結構類型由于底部有較大空間，能適用于許多建筑功能的要求，廣泛用于底部是商店、餐廳、車庫、機房等用途，上部為住宅、公寓、飯店等高層建筑。一、轉換結構的計算模型

高規10.1.2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學模型的結構分析軟件進行整體計算。高規10.1.5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校核。1.1梁托柱的轉換結構

這類轉換層的計算模型，可以仍采用

桿模型。如結構中較多軸線采用梁托柱的傳力形式，則該結構也應該定義為“復雜高層”，托柱梁應按框支梁設計及構造控制，當轉換層在3層及3層以上時，框支柱的抗震等級應提高1級；在特殊構件定義中應把與托柱梁相連的柱定義為框支柱，以便內力調整。1.2框支剪力墻轉換結構

高規10.2.10條，轉換層上部的豎向抗側力構件（墻、柱）宜直接落在轉換層主結構上。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。B級高度框支剪力墻高層建筑的結構轉換層，不宜采用框支主、次梁方案。框支剪力墻結構宜采用墻元（殼元）模型，如SATWE、PMSAP等。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，否則程序不會按框支柱、托梁進行設計控制。可以用FEQ對主梁托墻的框支榀進行二次應力分析，FEQ可以按高規的要求進行加強部位的應力配筋。次梁托墻的轉換榀則無法進行平面應力分析。“高規””10.2.1條，非非抗震設設計和6度抗震震設計可可采用；；7、8度抗震震設計的的地下室室轉換構構件可采采用厚板板。厚板轉換換層結構構，目前前缺乏完完善的分分析方法法，應盡盡量避免免采用。。整體計算算時厚板板一定要要考慮厚厚板面外外的變形形，這樣樣才能把把上部結結構、厚厚板、下下部結構構的變形形、傳力力等計算算合理，，由于厚厚板上下下傳力的的特殊性性，厚板板面外變變形的正正確考慮慮，決定定了計算算結果的的正確性性。厚板板平面內內可以按按無限剛剛考慮。。1.3厚板轉換換結構在用SATWE、PMSAP進行結結構的整整體分析析時，應應使厚板板上下結結構的軸軸線在厚厚板這層層同時畫畫出，并并在軸線線上布置置100*100的虛虛梁，當當虛梁所所圍成的的房間較較大時還還應增加加虛梁，，人工地地細分厚厚板單元元。最后后在分析析時厚板板必須定定義為彈彈性樓板板（可以以用“彈彈性板3”面面內無限限剛，面面外有剛剛度）。。此外厚板板本身的的細部分分析，可可以借助助二次分分析程序序SLABCAD完成成，其中中板的配配筋、沖沖切、應應力驗算算等均包包含在內內。SATWE厚板板的分析析與結構構整體分分析是分分開的，，在整體體分析中中考慮板板的變形形是為了了結構中中除厚板板以外構構件分析析的準確確性。PMSAP則是是板與其其它構件件一起分分析、配配筋。支撐厚板板的柱均均應定義義為框支支柱。1.4超大梁轉轉換結構構一般這種超大大梁占有一層層的高度（剪剪力墻），分分析模型與構構件的配筋模模型難以統一一，所以采用用兩次分析用用不同的計算算模型來分別別解決。1）梁所在的一層層仍按一層結結構輸入，大大梁按剪力墻墻定義，此時時可以正確分分析整體結構構及構件內力力，除大梁（（用剪力墻輸輸入）的配筋筋不能用以外外，其余構件件的配筋均能能參考采用；；2）把大梁作為一一層輸入，即即兩層合并為為一層，大梁梁則按梁定義義，層高為兩兩層之和，這這種計算模型型僅用于考察察、計算大托托梁受力、配配筋，其余構構件及結構整整體分析的結結果可以不用用。層高的增加使使柱的計算長長度增加，此此時程序自動動考慮柱上端端的剛域，亦亦使結構分析析準確。也可可以用FEQ進行二次分析析。1.5桁架轉換結構構桁架轉換結構構可由SATWE、、TAT、PMSAP輸入計算，其其分析的關鍵鍵是桁架上、、下層弦桿的的軸力，所以以在分析時一一定要把上、、下弦桿層的的樓板定義成成彈性樓板6或彈性膜，，以便計算出出上、下弦桿桿的軸力。當斜腹桿的布布置比較簡單單，只與上、、下樓層節點點相連，則用用SATWE、、TAT計算沒有問題題；如果斜腹腹桿布置復雜雜，用SATWE、、TAT計算時就需要要簡化。復雜連接的轉轉換結構可以以用SPASCAD建模，PMSAP計算。二、轉換結構構的設計控制制2.1總體要求的條條文規定及軟軟件操作高規條文：1）表4.2.2-1和和表4.2.2—1關于于A、B級最大適用高高度的規定；；2）第10.2.2條8度不宜超超過3層；7度不宜超過過5層；框支支層層數規定定；3）第10.1.2條9度抗震設設計，不應采采用帶轉換層層結構；4）按表4.8.2和表表4.8.3，正確填寫寫結構構件的的抗震等級；；5）第10.2.3條，底部帶轉轉換層的高層層建筑結構布布置有關規定定。設定‘底部帶帶轉換層高層層

建筑結構構’注意：SATWE、、TAT和PMSAP目前將‘底部部帶轉換層高高層建筑結構構’包含在‘‘復雜高層結結構’中，沒沒有細分。lSATWE①進入菜單《1.接PM生成SATWE數據》→《1.分析與設計參參數補充定義義》→《總信信息》。②在‘結構體系系’框中選取取‘復雜高層層結構’即可可。在‘轉換層所所在層號’項項內轉換層填填入所在的結結構自然層號號。若有地下下室則包括地地下室層號在在內。設定‘框架、、剪力墻的抗抗震等級’lSATWE①進入菜單《1.接PM生成SATWE數據》→《1.分析與設設計參數補充充定義》→《《地震信息》》。②在‘框架抗震震等級’項內內選擇抗震等等級。③在‘剪力墻抗抗震等級’項項內選擇抗震震等級。關聯操作：抗震等級：用用戶若要細調調每根構件的的抗震等級可可進行此項操操作。經此操操作后的構件件抗震等級不不會再自動提提高。計算軟件，對對以上內容不不進行檢查和和糾錯。2.2剛度控制及軟軟件輸出1）位移比周周期比高規的4.3.5條規定定，樓層豎向向構件的最大大水平位移和和層間位移，，A、B級高度高層建建筑均不宜大大于該樓層平平均值的1.2倍；A級高度高層建建筑不應大于于該樓層平均均值的1.5倍，B級高度高層建建筑、混合結結構高層建筑筑及復雜高層建筑筑，不應大于該該樓層平均值值的1.4倍倍。高規的4.3.5條規定定，結構扭轉轉為主的第一一周期Tt與平動為主的的第一周期T1之比，A級高度高層建建筑不應大于于0.9；B級高度高層建建筑、混合結結構高層建筑筑及復雜高層建筑筑不應大于0.85。這是一般高層層建筑結構，，要滿足的；；帶轉換層高高層建筑結構構也是如此。。2）轉換層上部部與下部結構構的側向剛度度比高規的10.2.3條2款，轉換上部部結構與下部部結構的側向向剛度比的計計算和限值，，應符合附錄錄E的規定。結構計算軟件件，按附錄E的計算方法，，計算了側剛剛比。高規附錄E中E.0.1是針對轉換層層位于1層的，采用轉轉換層上、下下層結構等效效剪切剛度比比算法，宜為1，限制非抗震震設計時不應應大于3，抗震設計時時不應大于2。E.0.2是針對轉換層層位置大于1層的，采用轉轉換層的上部部結構與帶轉轉換層的下層層結構等效側側向剛度比算算法，宜為1，限制非抗震震設計時不應應大于2，抗震設計時時不應大于1.3。當轉換層設置置在3層及3層以上時轉轉換層本層側側向剛度不應應小于相鄰上上一層樓層側側向剛度的60%。上機操作：三種計算層側側向剛度的方方法方法1--高高規附錄E.0.1的剪切剛度：：Ki=GiAi/hi，適用于轉換層層位于1層的的剛度突變的的控制；方法2--高高規附錄E.0.2的方法剪彎剛剛度：Ki=1/Δi，適用于轉換層層位置大于1層的剛度突突變的控制；；方法3--地震剪力與地地震層間位移移的比：Ki=Vi/ΔUi，適用于轉換層層設置在3層及3層以上時轉換換層本層側向向剛度不應小小于相鄰上一一層樓層側向向剛度的60%的控制。轉換層位于1層時用戶應該該采用‘剪切切剛度’方法法計算層剛度度，當轉換層位置置大于1層用戶應該采采用‘剪彎剛剛度’方法計計算層剛度，，轉換層設置在在3層及3層層以上時用戶戶還要采用‘‘地震剪力與與地震層間位位移的比’方方法再計算一一次層剛度，，從而進行轉轉換層本層側側向剛度不應應小于相鄰上上一層樓層側側向剛度的60%的下限限控制。目前前程序未輸出出超下限的警警告提示。當轉換層設置置在3層及3層以上的結結構要計算兩兩次，才能正正確地做好轉轉換層上、下下剛度突變的的控制。結果說明：SATWE可在WMASS.OUT文件中查看==================================================高高位位轉換時轉換換層上部與下下部結構的等等效側向剛度度比==================================================轉換層所在層層號=3轉換層下部結結構起止層號號及高度=1，3，10.10轉換層上部結結構起止層號號及高度=4，6，8.10X方向下部剛度度=0.2353E+08，X方向上部剛度度=0.2769E+08，X方向剛度比=0.9439Y方向下部剛度度=0.4338E+08，Y方向上部剛度度=0.3284E+08，Y方向剛度比=0.60722.3剪力墻底部加加強部位高規的10.2.4條，，剪力墻底部部加強部位的的高度可取框框支層加上框框支層以上兩兩層的高度及及墻肢總高度度的1/8二二者的較大值值。程序按此規定定，自動確定定剪力墻底部部加強部位，，并執行與之之有關的相應應操作。WMSS.OUT文件中有輸出出：剪力墻底部加加強區信息.................................剪力墻底部加加強區層數IWF=5剪力墻底部加加強區高度(m)Z_STRENGTHEN=22.902.4抗震等級當轉換層位置置設置在3層層或3層以上上時，框支柱柱、位于底部部加強部位的的剪力墻抗震震等級宜按表表4.8.2和表4.8.3規規定提高一級級采用，已為為特一級可不不再提高。對凡是在整體體結構抗震等等級中定義的的，程序自動動判斷，是否否復雜高層，，轉換層是否否在3層及以以上，而對框框支柱，底部部加強部位的的剪力墻的抗抗震等級提高高一級，對底部加強部部位的不落地地剪力墻的抗抗震等級不予予提高；對于在“特殊殊構件”菜菜單中另行改改動了抗震等等級，則不做做調整。最終調整的結結果，可在配配筋文件中看看到，用戶可可進一步核實實。2.5薄弱樓層地震震剪力放大高規的10.2.6條條，帶轉換層層高層建筑結結構，其薄弱弱層地震剪力力應按高規的的5.1.14條規定乘乘以1.15增大系數。。程序依據5.1.14條條，檢查相鄰鄰層剛度比，，當樓層抗側側剛度小于其其上層70%，或小于其其上相鄰三層層側向剛度平平均值的80%，則將該該樓層構件的的地震內力乘乘以1.15。用戶可在在WMASS.OUT、TAT-M.OUT文件中看到薄薄弱層信息。。轉換層是豎向向抗側力構件件不連續貫通通，按抗規表表3.4.2--2，屬屬豎向不規則則，該樓層地地震剪力應乘乘1.15增增大系數。此項要點，軟軟件沒有自動動實現，用戶戶自行指定轉轉換層為薄弱弱層，以便程程序對該層的的地震剪力提提高。2.6樓層最小地震震剪力系數控控制高規的3.3.13條條，水平地震震作用計算時時，結構各樓樓層對應于地地震作用標準準值的剪力應應符合表3.3.13的的要求。樓層最小地震震剪力控制（抗震規范5.2.5，高規3.3.13）抗震驗算時，，結構任一樓樓層的水平地地震剪力應符符合下式要求求∶VEKi>λ(Gi+Gi+1+….+Gn)式中VEki—第i層對應于水水平地震作作用標準值值的樓層剪剪力；λ---剪力系數，，不應小于于下表規定定的樓層最最小地震剪剪力系數值值，對于豎豎向不規則則結構的薄薄弱層，尚尚應乘以1.15的的增大系數數；Gi---地震時結構構第i層的重力荷荷載代表值值。（結構自重重標準值加加可變荷載載組合值））樓層最小地地震剪力系系數值類別別7度8度9度扭轉效應明明顯或基本周期小小于3.5s0.016(0.024)0.032(0.048)0.064基本周期大大于5.0s0.012(0.018)0.024(0.032)0.040注∶1、基本周周期介于3.5s和5s之間的結構構，可插入入取值；2、括號內內數值分別別用于設計計基本地震震加速度為為0.15g和0.30g的地區。水平地震影影響系數最最大值αmax∶0.08（（0.12））0.16（0.24）0.32程序給出一一個控制開開關，由設設計人員決決定是否由由程序自動動進行調整整。若選中中∶由程序序自動進行行調整，則則程序對結結構的每一一層剪重比比進行判斷斷，若小于于規范要求求，則相應應放大該層層的地震作作用效應。。當結構的地地震作用不不滿足規范范要求的最最小剪力系系數時，首首先要檢查查采用振型型分解反應應譜法選取取的振型個個數是否足足夠多；即即參與振動動的有效質質量是否滿滿足了大于于90%的的要求。不不滿足此要要求，可能能是一些高高振型的地地震貢獻沒沒被計算在在內；還過過少，則反反映了結構構剛度和質質量可能存存在不合理理分布，嚴嚴格來說，，需要調整整結構布置置以使其滿滿足最小剪剪力系數要要求。本參數打開開時程序自自動調整放放大地震作作用效應以以使其滿足足最小剪力力系數要求求，此時用用戶仍應知知道該結構構的方案可可能是存在在缺陷的。2.7框剪結構、、框支結構構柱

地震震剪力調整整框剪結構的的0.2Qo調整框架部分的的地震剪力力，不應小小于結構底底部總地震震剪力的20%和按按框—剪結結構分析的的框架部分分各樓層地地震剪力中中最大值1.5倍二二者的較小小值。框支柱地震震作用下的的內力調整整1）框支柱柱數目不多多于10根根時:當框框支層為1—2層時時各層每根根柱所受的的剪力應至至少取基底底剪力的2%；2）當框支支層為3層層及3層以以上時，各各層每根柱柱所受的剪剪力應至少少取基底剪剪力的3%。；3）框支柱柱數目多于于10根時時，當框支支層為1——2層時每每層框支柱柱所承受剪剪力之和應應取基底剪剪力20%；4）當框支支層為3層層及3層以以上時，每每層框支柱柱所承受剪剪力之和應應取基底剪剪力30%。框支柱剪力力調整后，，應相應調調整框支柱柱的彎矩及及柱端梁的的剪力、彎彎矩。框支柱地震震軸力增大大高規4.9.2、10.2.12條規規定規定，，框支柱在在特一級、、一、二級級抗震時，，地震作用用產生的軸軸力分別乘乘以增大系系數1.8、1.5、1.2。但在計計算軸壓比比時不考慮慮該增大系系數。框架梁的彎彎矩剪力SATWE、TAT、PMSAP在執行本條條時，自動動對框支柱柱的彎矩剪剪力作調整整，由于調調整系數往往往很大，，為了避免免異常情況況，程序給給出一個控控制開關，，由設計人人員決定是是否對與框框支柱相連連的框架梁梁的彎矩剪剪力進行相相應調整。。三、轉換結結構的設計計內力調整整框架柱、框支柱設計計內力調整整系數框架柱、角角柱和框支支柱設計內內力調整框框架柱、角角柱和框支支柱設計內內力調整一般剪力墻墻結構設計計內力調整整系數帶轉換層結結構剪力墻墻設計內力力調整系數數框架梁、連連梁設計剪剪力調整系系數框支柱設計計軸力調整整工程例工程例∶∶E169，，22層，高度61.6m，底三層框支支，上部部19層剪剪力墻，，7度。。框支柱柱一級抗震震。框支柱柱軸力調整整系數1.5。考察第三層第15柱。。第三層(轉轉換層)平面第三層框支柱（（柱號15)標標準內力中中的軸力-------------------------------------------------N-C=15Node-i=463,Node-j=299,DL=3.700(m),Angle=0.000Shear-XShear-YAxialMx-BtmMy-BtmMx-TopMy-Top(1)-4.4-7.5161.3-6.9-4.520.811.8(2)-6.5-34.7-52.434.7-7.093.817.0(3)-2.4-1.785.71.3-2.45.26.6(4)-2.9-15.6-26.415.4-3.042.37.6(5)176.6-42.6-5148.032.1133.8125.5-519.6(6)34.7-4.8-1030.43.826.414.0-102.0------------------------------------------------第三層框支柱（第15柱）設計計軸力(第28種組合)計算∶1.2*(-5148.)+0.6*(-1030.4)+0.28*85.7+1.3*161.3*1.5=-6457.3第三層框支柱（第16柱）設計計軸力(第40種組合)計算∶1.0*(-4657.4)+0.5*(-798.8)+0.28*(-247.9)-1.3*(-468.2)*1.5=-4213.21.5系數只對地震作作用產生的軸力力進行放大框支托梁設計內內力調整工程例框支托梁彎矩、、剪力調整工工程例（第三層層）框支托梁地震剪剪力調整a、薄弱樓層1.15調整b、框剪0.2Q0調整c、高規10.2.6轉換換構件地震內力力（彎矩、剪剪力）增大1.8,1.5,1.25d、梁構件剪力調整整本例中，第三三層框支托梁地震剪力的調整系數如下∶a、1.15；b、X向1.0，Y向1.0；c、1.5(一級抗震)；；d、剪力調整1.3。第31梁剪力力標準值∶（（右端剪力））N-B=31(Node-i=643,Node-j=644)DL=2.799(m)(1)63.6-74.9-49.50.05.40.00.00.0(2)-9.414.58.50.0-1.10.00.00.0(3)35.8-42.9-28.10.02.70.00.00.0(4)-5.78.65.10.0-0.60.00.00.0(5)570.1475.0376.2273.9167.958.2-55.0-171.9-292.40.0-266.6-277.0-287.4-297.8-308.1-318.5-328.9-339.3-349.725.0(6)113.092.771.950.528.56.0-17.1-40.7-64.90.0-57.1-58.7-60.4-62.0-63.6-65.2-66.8-68.4-70.04.7剪力設計值、、配箍Shear-509.-522.-536.-549.-562.-576.-589.-603.-616.Load(28)(28)(28)(28)(28)(28)(28)(28)(28)CaseAsv280.280.280.280.280.280.280.280.280.Rsv0.800.800.800.800.800.800.800.800.80梁右端剪力設計值計計算式∶（第28工工況）1.2*(-349.7)+0.6*(-70.)+(0.28*(-28.1)+1.3*(-49.5)*1.15*1.5)*1.3=-616.17薄弱層增大托托梁地震內力力增大梁梁剪力調整整系數第39梁標準內力∶（（右端彎矩））N-B=39(Node-i=470,Node-j=471)DL=2.950(m)(1)-11.3-152.7-48.60.0-1.40.00.00.0(2)11.816.22.80.03.20.00.00.0(3)-4.7-83.7-26.80.0-0.40.00.00.0(4)5.69.21.20.01.50.00.00.0(5)-73.2-8.951.6108.3161.2210.3255.6297.1334.80.0179.5169.2158.9148.6138.3128.0117.7107.497.13.2(6)-10.5-1.27.515.723.330.336.842.748.00.026.024.522.921.419.818.316.715.213.60.5彎矩設計值、、配筋N-B=39(I=470,J=471)(1)B*H(mm)=350*1150Lb=2.95Cover=30Nf=1-I--1--2--3--4--5--6--7--J-+M0.60.178.293.404.509.610.706.796.(kNm)Load(0)(37)(29)(29)(29)(29)(29)(29)(29)CaseBtm1690.1373.1373.1373.1373.1415.1695.1961.2213.Ast%Steel0.420.340.340.340.340.350.420.490.55梁右端彎矩設計值計計算式∶1.2*(334.8)+0.6*(48.0)-0.28*(-83.7)-1.3*(-152.7)*1.15*1.5=796.42剪力墻設設計內力調整工程例工程例:DM_PS，36層，轉轉換層結結構。底6層框框支，，設防烈烈度7度，，二類場場地土。。結構總高高114.1m,滿足B類高度（（120m）。。底部加強強區，底底下8層，，剪力墻墻抗震等等級特一級。。第7墻墻板，第第28工況，，1--6層層設計彎彎矩。。第7墻墻板，第第40工況，，1--6層層設計彎彎矩。。位于底部部加強部部位內的的非落地地剪力墻墻的內力力調整，，取非加加強部位位剪力墻墻調整系系數進行行放大。。在底部加加強部位位內，墻墻體不連連續，上上層墻體體找不到到底部墻墻體彎矩矩設計計值，取取非加強強部位剪剪力墻調調整系數數進行放放大。四、轉換換結構的的二次分分析4.1高精度平平面有限限元分析析FEQFEQ主要針對對框支剪剪力墻結結構中框框支榀的的二次分分析，當當次梁承承托剪力力墻時，，不能用用FEQ分析。所所以應注注意以下下幾點：：（1）只能分析析主梁承承托的框框支榀；；（2）在截取計計算榀時時，最好好全軸線線截取，，以減少少與整體體分析時時的誤差差；（3）在截取層層數時，，只能截截取框支支層上部部不超過過4層。。因為在在整體分分析時，，框支托托梁的豎豎向剛度度要遠小小于落地地墻的軸軸向剛度度，豎向向荷載按按剛度分分配后，，使托梁梁承擔的的荷載遠遠小于托托梁上部部的總荷荷載，所所以取轉轉換梁上上部3-4層，，計算得得到的托托梁的內內力才有有參考價價值；（4）轉換層結構的整體體分析，應選用墻墻元、殼元模