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，非非抗震設計和6度抗震設計可可采用；7、8度抗震設計的的地下室轉換構構件可采用厚板板。厚板轉換層結構構，目前缺乏完完善的分析方法法，應盡量避免免采用。整體計算時厚板板一定要考慮厚厚板面外的變形形，這樣才能把把上部結構、厚厚板、下部結構構的變形、傳力力等計算合理，，由于厚板上下下傳力的特殊性性，厚板面外變變形的正確考慮慮，決定了計算算結果的正確性性。厚板平面內內可以按無限剛剛考慮。1.3厚板轉換結構在用SATWE、PMSAP進行結構的整體體分析時，應使使厚板上下結構構的軸線在厚板板這層同時畫出出，并在軸線上上布置100*100的虛梁梁，當虛梁所圍圍成的房間較大大時還應增加虛虛梁，人工地細細分厚板單元。。最后在分析時時厚板必須定義義為彈性樓板（（可以用“彈性性板3”面內內無限剛，面外外有剛度）。此外厚板本身的的細部分析，可可以借助二次分分析程序SLABCAD完成，其中板的的配筋、沖切、、應力驗算等均均包含在內。SATWE厚板的分析與結結構整體分析是是分開的，在整整體分析中考慮慮板的變形是為為了結構中除厚厚板以外構件分分析的準確性。。PMSAP則是板與其它構構件一起分析、、配筋。支撐厚板的柱均均應定義為框支支柱。1.4超大梁轉換結構構一般這種超大梁梁占有一層的高高度（剪力墻）），分析模型與與構件的配筋模模型難以統一，，所以采用兩次次分析用不同的的計算模型來分分別解決。1）梁所在的一層仍仍按一層結構輸輸入，大梁按剪剪力墻定義，此此時可以正確分分析整體結構及及構件內力，除除大梁（用剪力力墻輸入）的配配筋不能用以外外，其余構件的的配筋均能參考考采用；2）把大梁作為一層層輸入，即兩層層合并為一層，，大梁則按梁定定義，層高為兩兩層之和，這種種計算模型僅用用于考察、計算算大托梁受力、、配筋，其余構構件及結構整體體分析的結果可可以不用。層高的增加使柱柱的計算長度增增加，此時程序序自動考慮柱上上端的剛域，亦亦使結構分析準準確。也可以用用FEQ進行二次分析。。1.5桁架轉換結構桁架轉換結構可可由SATWE、TAT、PMSAP輸入計算，其分分析的關鍵是桁桁架上、下層弦弦桿的軸力，所所以在分析時一一定要把上、下下弦桿層的樓板板定義成彈性樓樓板6或彈性膜膜，以便計算出出上、下弦桿的的軸力。當斜腹桿的布置置比較簡單，只只與上、下樓層層節點相連，則則用SATWE、TAT計算沒有問題；；如果斜腹桿布布置復雜，用SATWE、TAT計算時就需要簡簡化。復雜連接的轉換換結構可以用SPASCAD建模，PMSAP計算。二、轉換結構的的設計控制2.1總體要求的條文文規定及軟件操操作高規條文：1）表4.2.2-1和表4.2.2—1關于A、B級最大適用高度度的規定；2）第10.2.2條8度度不宜超過3層層；7度不宜超超過5層；框支支層層數規定；；3）第10.1.2條9度度抗震設計，不不應采用帶轉換換層結構；4）按表4.8.2和表4.8.3，正確確填寫結構構件件的抗震等級；；5）第10.2.3條，底部帶轉換換層的高層建筑筑結構布置有關關規定。設定‘底部帶轉轉換層高層建建筑結構’注意：SATWE、TAT和PMSAP目前將‘底部帶帶轉換層高層建建筑結構’包含含在‘復雜高層層結構’中，沒沒有細分。lSATWE①進入菜單《1.接PM生成SATWE數據》→《1.分析與設計參數數補充定義》→→《總信息》。。②在‘結構體系’’框中選取‘復復雜高層結構’’即可。在‘轉換層所在在層號’項內轉轉換層填入所在在的結構自然層層號。若有地下下室則包括地下下室層號在內。。設定‘框架、剪剪力墻的抗震等等級’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》》→《地震信息息》。②在‘框架抗震等等級’項內選擇擇抗震等級。③在‘剪力墻抗震震等級’項內選選擇抗震等級。。關聯操作：抗震等級：用戶戶若要細調每根根構件的抗震等等級可進行此項項操作。經此操操作后的構件抗抗震等級不會再再自動提高。計算軟件，對以以上內容不進行行檢查和糾錯。。2.2剛度控制及軟件件輸出1）位移比周期期比高規的4.3.5條規定，樓樓層豎向構件的的最大水平位移移和層間位移，，A、B級高度高層建筑筑均不宜大于該該樓層平均值的的1.2倍；A級高度高層建筑筑不應大于該樓樓層平均值的1.5倍，B級高度高層建筑筑、混合結構高高層建筑及復雜高層建筑，不應大于該樓樓層平均值的1.4倍。高規的4.3.5條規定，結結構扭轉為主的的第一周期Tt與平動為主的第第一周期T1之比，A級高度高層建筑筑不應大于0.9；B級高度高層建筑筑、混合結構高高層建筑及復雜高層建筑不應大于0.85。這是一般高層建建筑結構，要滿滿足的；帶轉換換層高層建筑結結構也是如此。。2）轉換層上部與與下部結構的側側向剛度比高規的10.2.3條2款，轉換上部結結構與下部結構構的側向剛度比比的計算和限值值，應符合附錄錄E的規定。結構計算軟件，，按附錄E的計算方法，計計算了側剛比。。高規附錄E中E.0.1是針對轉換層位位于1層的，采用轉換換層上、下層結結構等效剪切剛剛度比算法，宜為1，限制非抗震設設計時不應大于于3，抗震設計時不不應大于2。E.0.2是針對轉換層位位置大于1層的，采用轉換換層的上部結構構與帶轉換層的的下層結構等效效側向剛度比算算法，宜為1，限制非抗震設設計時不應大于于2，抗震設計時不不應大于1.3。當轉換層設置在在3層及3層以以上時轉換層本本層側向剛度不不應小于相鄰上上一層樓層側向向剛度的60%。上機操作：三種計算層側向向剛度的方法方法1--高規規附錄E.0.1的剪切剛度：Ki=GiAi/hi，適用于轉換層位位于1層的剛度度突變的控制；；方法2--高規規附錄E.0.2的方法剪彎剛度度：Ki=1/ΔΔi，適用于于轉換換層位位置大大于1層的的剛度度突變變的控控制；；方法3--地震剪剪力與與地震震層間間位移移的比比：Ki=Vi/ΔUi，適用于于轉換換層設設置在在3層及3層以上上時轉轉換層層本層層側向向剛度度不應應小于于相鄰鄰上一一層樓樓層側側向剛剛度的的60%的控制制。轉換層層位于于1層時用用戶應應該采采用‘‘剪切切剛度度’方方法計計算層層剛度度，當轉換換層位位置大大于1層用戶戶應該該采用用‘剪剪彎剛剛度’’方法法計算算層剛剛度，，轉換層層設置置在3層及及3層層以上上時用用戶還還要采采用‘‘地震震剪力力與地地震層層間位位移的的比’’方法法再計計算一一次層層剛度度，從從而進進行轉轉換層層本層層側向向剛度度不應應小于于相鄰鄰上一一層樓樓層側側向剛剛度的的60%的的下限限控制制。目目前程程序未未輸出出超下下限的的警告告提示示。當轉換換層設設置在在3層層及3層以以上的的結構構要計計算兩兩次，，才能能正確確地做做好轉轉換層層上、、下剛剛度突突變的的控制制。結果說說明：SATWE可在WMASS.OUT文件中中查看看==================================================高高位位轉換換時轉轉換層層上部部與下下部結結構的的等效效側向向剛度度比==================================================轉換層層所在在層號號=3轉換層層下部部結構構起止止層號號及高高度=1，3，10.10轉換層層上部部結構構起止止層號號及高高度=4，6，8.10X方向下下部剛剛度=0.2353E+08，，X方向上上部剛剛度=0.2769E+08，，X方向剛剛度比比=0.9439Y方向下下部剛剛度=0.4338E+08，，Y方向上上部剛剛度=0.3284E+08，，Y方向剛剛度比比=0.60722.3剪力墻墻底部部加強強部位位高規的的10.2.4條，，剪力力墻底底部加加強部部位的的高度度可取取框支支層加加上框框支層層以上上兩層層的高高度及及墻肢肢總高高度的的1/8二二者的的較大大值。。程序按按此規規定，，自動動確定定剪力力墻底底部加加強部部位，，并執執行與與之有有關的的相應應操作作。WMSS.OUT文件中中有輸輸出：：剪力墻墻底部部加強強區信信息.................................剪力墻墻底部部加強強區層層數IWF=5剪力墻墻底部部加強強區高高度(m)Z_STRENGTHEN=22.902.4抗震等等級當轉換換層位位置設設置在在3層層或3層以以上時時，框框支柱柱、位位于底底部加加強部部位的的剪力力墻抗抗震等等級宜宜按表表4.8.2和和表表4.8.3規規定定提高高一級級采用用，已已為特特一級級可不不再提提高。。對凡是是在整整體結結構抗抗震等等級中中定義義的，，程序序自動動判斷斷，是是否復復雜高高層，，轉換換層是是否在在3層層及以以上，，而對對框支支柱，，底部部加強強部位位的剪剪力墻墻的抗抗震等等級提提高一一級，，對底部部加強強部位位的不不落地地剪力力墻的的抗震震等級級不予予提高高；對于在在“特特殊構構件””菜菜單中中另行行改動動了抗抗震等等級，，則不不做調調整。。最終調調整的的結果果，可可在配配筋文文件中中看到到，用用戶可可進一一步核核實。。2.5薄弱樓樓層地地震剪剪力放放大高規的的10.2.6條條，帶帶轉換換層高高層建建筑結結構，，其薄薄弱層層地震震剪力力應按按高規規的5.1.14條條規定定乘以以1.15增大大系數數。程序依依據5.1.14條條，檢檢查相相鄰層層剛度度比，，當樓樓層抗抗側剛剛度小小于其其上層層70%，，或小小于其其上相相鄰三三層側側向剛剛度平平均值值的80%，則則將該該樓層層構件件的地地震內內力乘乘以1.15。。用戶戶可在在WMASS.OUT、TAT-M.OUT文件中中看到到薄弱弱層信信息。。轉換層層是豎豎向抗抗側力力構件件不連連續貫貫通，，按抗抗規表表3.4.2--2，屬屬豎向向不規規則，，該樓樓層地地震剪剪力應應乘1.15增增大系系數。。此項要要點，，軟件件沒有有自動動實現現，用用戶自自行指指定轉轉換層層為薄薄弱層層，以以便程程序對對該層層的地地震剪剪力提提高。。2.6樓層最最小地地震剪剪力系系數控控制高規的的3.3.13條條，水水平地地震作作用計計算時時，結結構各各樓層層對應應于地地震作作用標標準值值的剪剪力應應符合合表3.3.13的的要求求。樓層最最小地地震剪剪力控控制（抗震規規范5.2.5，高規規3.3.13）抗震驗驗算時時，結結構任任一樓樓層的的水平平地震震剪力力應符符合下下式要要求∶∶VEKi>λ(Gi+Gi+1+….+Gn)式中VEki—第i層對應應于水水平地地震作作用標標準值值的樓樓層剪剪力；；λ---剪力系系數，，不應應小于于下表表規定定的樓樓層最最小地地震剪剪力系系數值值，對對于豎豎向不不規則則結構構的薄薄弱層層，尚尚應乘乘以1.15的的增大大系數數；Gi---地震時時結構構第i層的重重力荷荷載代代表值值。（結構構自重重標準準值加加可變變荷載載組合合值））樓層最最小地地震剪剪力系系數值值類別別7度8度9度扭轉效效應明明顯或或基本周期小于3.5s0.016(0.024)0.032(0.048)0.064基本周期大于5.0s0.012(0.018)0.024(0.032)0.040注∶1、基本周期介于于3.5s和5s之間的結構，可插插入取值；2、括號內數值分分別用于設計基本本地震加速度為0.15g和0.30g的地區。水平地震影響系數數最大值αmax∶0.08（0.12）0.16（0.24）0.32程序給出一個控制制開關，由設計人人員決定是否由程程序自動進行調整整。若選中∶由程程序自動進行調整整，則程序對結構構的每一層剪重比比進行判斷，若小小于規范要求，則則相應放大該層的的地震作用效應。。當結構的地震作用用不滿足規范要求求的最小剪力系數數時，首先要檢查查采用振型分解反反應譜法選取的振振型個數是否足夠夠多；即參與振動動的有效質量是否否滿足了大于90%的要求。不滿滿足此要求，可能能是一些高振型的的地震貢獻沒被計計算在內；還過少少，則反映了結構構剛度和質量可能能存在不合理分布布，嚴格來說，需需要調整結構布置置以使其滿足最小小剪力系數要求。。本參數打開時程序序自動調整放大地地震作用效應以使使其滿足最小剪力力系數要求，此時時用戶仍應知道該該結構的方案可能能是存在缺陷的。2.7框剪結構、框支結結構柱

地震剪力力調整框剪結構的0.2Qo調整框架部分的地震剪剪力，不應小于結結構底部總地震剪剪力的20%和按按框—剪結構分析析的框架部分各樓樓層地震剪力中最最大值1.5倍二二者的較小值。框支柱地震作用下下的內力調整1）框支柱數目不不多于10根時:當框支層為1——2層時各層每根根柱所受的剪力應應至少取基底剪力力的2%；2）當框支層為3層及3層以上時時，各層每根柱所所受的剪力應至少少取基底剪力的3%。；3）框支柱數目多多于10根時，當當框支層為1—2層時每層框支柱柱所承受剪力之和和應取基底剪力20%；4）當框支層為3層及3層以上時時，每層框支柱所所承受剪力之和應應取基底剪力30%。框支柱剪力調整后后，應相應調整框框支柱的彎矩及柱柱端梁的剪力、彎彎矩。框支柱地震軸力增增大高規4.9.2、、10.2.12條規定規定，框框支柱在特一級、、一、二級抗震時時，地震作用產生生的軸力分別乘以以增大系數1.8、1.5、1.2。但在計算軸軸壓比時不考慮該該增大系數。框架梁的彎矩剪力力SATWE、TAT、PMSAP在執行本條時，自自動對框支柱的彎彎矩剪力作調整，，由于調整系數往往往很大，為了避避免異常情況，程程序給出一個控制制開關，由設計人人員決定是否對與與框支柱相連的框框架梁的彎矩剪力力進行相應調整。。三、轉換結構的設設計內力調整框架柱、框支柱設計內力調調整系數框架柱、角柱和框框支柱設計內力調調整框架柱、角柱柱和框支柱設計內內力調整一般剪力墻結構設設計內力調整系數數帶轉換層結構剪力力墻設計內力調整整系數框架梁、連梁設計計剪力調整系數框支柱設計軸力調調整工程例工程例∶E169，22層，高度61.6m，底三層框支，上上部19層剪力墻墻，7度。。框支柱一級抗震震。框支柱軸力調調整系數1.5。考察第三層第15柱。第三層(轉換層)平面第三層框支柱（柱號號15)標準內內力中的軸力-------------------------------------------------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）設計軸力力(第28種組組合)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）設計軸力力(第40種組組合)計算∶∶1.0*(-4657.4)+0.5*(-798.8)+0.28*(-247.9)-1.3*(-468.2)*1.5=-4213.21.5系數只對地震作用用產生的軸力進行行放大框支托梁設計內力力調整工程例框支托梁彎矩、、剪力調整工程例例（第三層））框支托梁地震剪力力調整a、薄弱樓層1.15調整b、框剪0.2Q0調整c、高規10.2.6轉換構件件地震內力（彎矩矩、剪力）增大大1.8,1.5,1.25d、梁構件剪力力調整本例中，，第三層框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梁梁剪力標準準值∶（（右端剪剪力））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剪力設計值值、配箍箍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梁右端剪力設計計值計算式式∶（第28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薄弱層增大大托梁梁地震內力力增大梁梁剪力調整整系數第39梁標準內力力∶（右端端彎矩））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彎矩設計值值、配筋筋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算算式∶1.2*(334.8)+0.6*(48.0)-0.28*(-83.7)-1.3*(-152.7)*1.15*1.5=796.42剪力墻設計計內力調整工程例工程例:DM_PS，36層，轉換層結構構。底6層框支，設設防烈度7度，，二類場地土。。結構總高114.1m,滿足B類高度（120m）。底部加強區，底下下8層，剪力力墻抗震等級特一級。第7墻板，第28工況，1--6層設計彎彎矩。第7墻板，第40工況，1--6層設計彎彎矩。位于底部加強部位位內的非落地剪力力墻的內力調整，，取非加強部位剪剪力墻調整系數進進行放大。在底部加強部位內內，墻體不連續，，上層墻體找不到到底部墻體彎矩設設計值，取非加加強部位剪力墻調調整系數進行放大大。四、轉換結構的二二次分析4.1高精度平面有限元元分析FEQFEQ主要針對框支剪力力墻結構中框支榀榀的二次分析，當當次梁承托剪力墻墻時，不能用FEQ分析。所以應注意意以下幾點：（1）只能分析主梁承托托的框支榀；（2）在截取計算榀時，，最好全軸線截取取，以減少與整體體分析時的誤差；；（3）在截取層數時，只只能截取框支層上上部不超過4層。。因為在整體分析析時，框支托梁的的豎向剛度要遠小小于落地墻的軸向向剛度，豎向荷載載按剛度分配后，，使托梁承擔的荷荷載遠小于托梁上上部的總荷載，所所以取轉換梁上部部3-4層，計算算得到的托梁的內內力才有參考價值值；（4）轉換層結構的整體體分析，應選用墻墻元、殼元模型（（SATWE），