轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析模型合理簡化及處理方式

1、轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析模型的合理簡化及處理方式邵弘1。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的特點和類型2。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的計算模型3。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的內(nèi)力調(diào)整和設(shè)計控制4。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的補充分析 特點1.1。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的受力、變形特點 豎向力的傳遞不連續(xù)。 在轉(zhuǎn)換層上下一、二層范圍內(nèi)，水平力有突變。 轉(zhuǎn)換層上下容易產(chǎn)生剛度突變。 轉(zhuǎn)換層落地和不落地豎向構(gòu)件變豎向形差較大，造成轉(zhuǎn) 換層上部結(jié)構(gòu)在恒載作用下彎矩、剪力突變，容易超限。 變形復(fù)雜、傳力不明確，尤其在復(fù)雜的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中， 如：厚板轉(zhuǎn)換層、超大梁轉(zhuǎn)換層、箱形大梁轉(zhuǎn)換等等。 轉(zhuǎn)換層剛度、質(zhì)量集中，造成地震效應(yīng)突然增大。 轉(zhuǎn)換層跨度大，需要考慮豎向地震作用。設(shè)計從嚴。 轉(zhuǎn)換層分析不能采用簡化方式，

2、如轉(zhuǎn)換梁的軸向變形不 能忽略，則不能采用剛性樓板假定。 轉(zhuǎn)換層構(gòu)件容易產(chǎn)生剪力突變，有時這種剪力集中現(xiàn)象 需要采用二次補充計算才能發(fā)現(xiàn)。1.2。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的類型梁托柱轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換可以采用經(jīng)典的桿系有限元分析，不 需要進行專門的模型簡化。屬于標準桿系有限元分析模型，不需要簡化。注意：要定義轉(zhuǎn)換梁。 框支剪力墻結(jié)構(gòu)：應(yīng)用最廣的形式。 變形特點 轉(zhuǎn)換梁與框支墻在交接面上變形協(xié)調(diào)。 受力特點 轉(zhuǎn)換梁受力復(fù)雜，其軸向力不可忽略按偏心受力構(gòu)件設(shè) 計配筋。 分析要點 轉(zhuǎn)換梁的準確分析，取決于與上部剪力墻的變形協(xié)調(diào)節(jié) 點的多少。轉(zhuǎn)換層上部剪力墻需加強的區(qū)域墻梁的變形 協(xié)調(diào)節(jié)點托梁框支柱剪力集中點，造成剪力突變

3、。在框支柱邊和洞口邊的梁截面上 厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用很少，抗震很不利 變形特點 厚板上部的結(jié)構(gòu)變形，通過厚板的面外變形，傳到下部 結(jié)構(gòu)中。由于上下部結(jié)構(gòu)完全對應(yīng)不上，厚板的面外變 形傳力方式特別復(fù)雜。 受力特點 厚板自重大，地震效應(yīng)大，抗震很不利。厚板受到較大 的剪切，需要驗算厚板的沖切。 分析要點 由厚板上部結(jié)構(gòu)的軸線，加上厚板下部結(jié)構(gòu)的軸線，在 厚板層產(chǎn)生較多的房間，此時房間四周可以用虛梁輸 入，定義真實的板厚，在分析時考慮“彈性板3”。對于較 大的房間，還應(yīng)再劃分成幾個小房間，以協(xié)助厚板的單 元劃分。厚板計算的準確性，取決于厚板單元的類型和 單元劃分的合理性。紅色為下部結(jié)構(gòu)的軸線黃色為上

4、部結(jié)構(gòu)的軸線 超大梁轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) ： 變形特點 轉(zhuǎn)換梁占據(jù)整個一層的高度，并且有上下兩層樓板作為 側(cè)向支撐。轉(zhuǎn)換梁與框支墻在交接面上變形協(xié)調(diào)。 受力特點 轉(zhuǎn)換梁受力復(fù)雜，其軸向力不可忽略按偏心受力構(gòu)件設(shè) 計配筋。但是兩層的側(cè)向樓板對大梁有較強的約束，所 以大梁的軸向變形較小。這是有利因數(shù)。 分析要點 轉(zhuǎn)換梁的準確分析，取決于與上部剪力墻的變形協(xié)調(diào)節(jié) 點的多少。以及大梁與兩層小梁的協(xié)調(diào)關(guān)系。兩層樓板占據(jù)一層的轉(zhuǎn)換大梁，有時梁中間開有小洞 桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) ： 變形特點 桁架與上下部結(jié)構(gòu)桿系相連，采用桿模型，變形自然協(xié) 調(diào)。 受力特點 桁架上下層剛度突變，應(yīng)力容易集中，造成內(nèi)力突變。 上下玄桿應(yīng)考慮軸向變

5、形。 分析要點 要考慮上下玄桿的軸向變形，就不能考慮剛性樓板假定。上玄桿下玄桿2.1。梁托柱結(jié)構(gòu)的計算模型 這類轉(zhuǎn)換層的計算模型，可以仍采用桿模型即可。如結(jié)構(gòu) 中采用大量的梁托柱的受力形式，則該結(jié)構(gòu)也應(yīng)該定義為 “復(fù)雜高層”及“轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)”，托柱梁應(yīng)按框支梁設(shè)計及構(gòu) 造控制，當(dāng)轉(zhuǎn)換層在3層及3層以上時，框支柱的抗震等級 應(yīng)提高1級，所以在特殊構(gòu)件定義中應(yīng)把與托柱梁相連的柱 定義為框支柱。 梁抬柱的傳力，是由梁柱協(xié)調(diào)變形完成的，柱的軸力由梁 的剪力平衡，所以，可以通過查看梁剪力或柱軸力來確認 上部柱傳來的集中力。梁抬柱點梁抬柱點上層柱內(nèi)力小上層柱內(nèi)力小再向上層則柱內(nèi)力變大再向上層則柱內(nèi)力變大I

6、L " tn* 5I(E)( PKPM) Xt )(b) X!) X') X2> )(I I/ 123 Al:1 -$- gg _0<) ( 1 .- 11. Q;.|E1011r:22.2?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)的計算模型 高規(guī)10.2.10條，轉(zhuǎn)換層上部的豎向抗側(cè)力構(gòu)件（墻、柱） 宜直接落在轉(zhuǎn)換層主結(jié)構(gòu)上。當(dāng)結(jié)構(gòu)豎向布置復(fù)雜，框支 主梁承托剪力墻并承托轉(zhuǎn)換次梁及其上剪力墻時，應(yīng)進行 應(yīng)力分析，按應(yīng)力校核配筋，并加強配筋構(gòu)造措施。B級高 度框支剪力墻高層建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，不宜采用框支主、 次梁方案?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)宜采用墻元（殼元）模型，如 SATWE、PMSAP等。 注

7、意“殼元最大邊長”這個參數(shù)應(yīng)取得盡量小。這是為了轉(zhuǎn) 換梁與上部剪力墻協(xié)調(diào)點多些，變形協(xié)調(diào)更合理。 轉(zhuǎn)換梁應(yīng)該考慮軸向變形的影響，所以要考慮彈性樓板， 轉(zhuǎn)換梁才能計算出軸力。 : l 11l 11""Fl|!E1l 1 EP1為了與上部剪力墻協(xié)調(diào)，托梁被劃分成4小段，協(xié)調(diào)接點5個2.3。厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的計算模型 “高規(guī)”10.2.1條，非抗震設(shè)計和6度抗震設(shè)計可采用；7、8度 抗震設(shè)計的地下室轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用厚板。厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)， 目前沒有很好的分析方法，應(yīng)盡量避免。 由厚板上部結(jié)構(gòu)的軸線，加上厚板下部結(jié)構(gòu)的軸線，在厚板 層產(chǎn)生較多的房間，此時房間四周可以用虛梁輸入，定義真 實的

8、板厚，在分析時考慮“彈性板3”。厚板計算的準確性，取 決于厚板單元的類型（采用塊體單元、中厚板單元等）和單 元劃分的合理性。 采用SATWE時要注意：對于較大的房間，還應(yīng)再劃分成幾個 小房間，以協(xié)助厚板的單元劃分。 采用PMSAP時，由于其有樓板單元的劃分功能，分析時選擇 樓板單元劃分即可。 厚板的沖切驗算必須考慮。.1.JeIIê ê49!l nC!l'f(0 ;(Q)J ;j j I|l 110iJ pë E_GB2312'8 BI FjFlnn.Tn'w".Fx Vx (.1:1'.)1:1'.)11 .&q

9、uot;1- i r. Fx(kN) (kH)(kN)-.(I<N)t:19163.46163.46(13.56(13.5490. 371393. 7618121.89282. 26(12.26%)(12. 26 1 278. 26203. 9917262.40493. 55(10.95")(10.95 3316.66389. 7716348.44794.48 ( 9. 45 ( 9.455420. 06630.4815532. 671254. 53 ( 8. 20!6)( 8.208697. 241049.3114668.621826. 64 ( 1. 39' ( 1

10、. 39%)13449. 621346. 661 3553.052303.5( 6.16 ( 6. 76 )19542.1 61245.181 2501.042688. 89 ( 6. 19 ( 6. 19 26712.791 156.341 1500.933010.56 ( 5.70:>6)( 5.70!6)34726. 541066.901 0521.943298. 93( 5. 31 )( 5. 31"')43427.46977.469533.863573.45 ( 5. 00:>6)( 5. 00:>6)52734.86888.02s523.3238

11、31.24 ( 4. 75:>6)( 4. 75"')62614.77198.587493.904081.16 ( 4. 52:>6 )( 4. 52:>6)73044. 63109. 146460.84293. 29 ( 4. 31l )( 4.31"')83988. 04619.695440.514461.31 ( 4. 10:>6 )( 4. 10:>6)95385.19530.254431.08465. 81( 3. 89:>6 )( 3. 89"')101164.38440.8134818.54

12、 ( 3. 59:>6 )( 3. 59 )118664.91593.5326468.41( 3. 11:>6 )( 3. 11"')142198. 921992.006114. 89 ( 2. 96%)( 2. 96 )161111.16214.03.J(5. 2. X=1.600E j-i1- StFl-.- . - Æ2.4。超大梁轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的計算模型 一般這種超大梁占有一層的高度，分析模型與構(gòu)件的配筋模 型難以統(tǒng)一，所以采用兩次分析用不同的計算模型來解決問 題。 模型一：梁所占有的一層仍按一層輸入，大梁按剪力墻定 義，此時可以正確分析整體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件

13、內(nèi)力，除大梁（用剪 力墻輸入）的配筋不能用以外，其余構(gòu)件的配筋均能參考采 用。 模型二：把大梁作為一層輸入，即兩層合并為一層，大梁則 按梁定義，層高為兩層之和，這種計算模型僅用于考察、計 算大托梁受力、配筋，其余構(gòu)件及結(jié)構(gòu)整體分析的結(jié)果可以 不用參考。層高的增加使柱的計算長度增加，此時程序自動 考慮柱上端的剛域，亦使結(jié)構(gòu)分析準確。也可以用FEQ進行 二次分析。按大梁定義按墻定義柱豎向剛域模型一 模型二2.5。桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的計算模型 桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可由SATWE、TAT、PMSAP輸入計算，其分 析的關(guān)鍵是桁架上、下層弦桿的軸力，所以在分析時一定要 在上下弦桿層定義彈性樓板，計算出上、下弦桿的軸力

14、。 當(dāng)斜腹桿的連接比較簡單，如 只與上下層節(jié)點相連 ，則用SATWE、TAT計算沒有問題。 如果聯(lián)結(jié)復(fù)雜，用SATWE、TAT計算時就需要簡化。復(fù)雜 連接的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可以用SPASCAD建模，PMSAP計算。 桁架轉(zhuǎn)換長見于高層鋼結(jié)構(gòu)，其中中心支撐雖然剛度貢獻 大，但會引起結(jié)構(gòu)局部的內(nèi)力突變，所以，大量采用偏心支 撐和耗能梁，以提高結(jié)構(gòu)的延性。上玄桿下玄桿耗能梁 偏心支撐3.1。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的內(nèi)力調(diào)整 薄弱樓層地震剪力放大 高規(guī)的10.2.6 條，帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)，其薄弱層地震 剪力應(yīng)按高規(guī)的5.1.14條規(guī)定乘以1.15增大系數(shù)。轉(zhuǎn)換層應(yīng) 強制為薄弱層。 樓層最小地震剪力系數(shù)控制 高規(guī)的3.3

15、.13 條，水平地震作用計算時，結(jié)構(gòu)各樓層對應(yīng) 于地震作用標準值的剪力應(yīng)符合表3.3.13的要求。 其中的框架柱應(yīng)考慮0.2Qo調(diào)整 抗震規(guī)范6.2.13條規(guī)定，側(cè)向剛度沿豎向分布基本均勻的 框剪結(jié)構(gòu)，任一層框架部分的地震剪力，不應(yīng)小于結(jié)構(gòu) 底部總地震剪力的20%和按框剪結(jié)構(gòu)分析的框架部分各 樓層地震剪力中最大值1.5倍二者的較小值。 框支柱地震作用下的內(nèi)力調(diào)整，高規(guī)10.2.7條規(guī)定： 1）支柱數(shù)目不多于10根時:當(dāng)框支層為12層時各層每根柱 所受的剪力應(yīng)至少取基底剪力的2%； 2）當(dāng)框支層為3層及3層以上時，各層每根柱所受的剪力應(yīng)至 少取基底剪力的3%。； 3）框支柱數(shù)目多于10根時，當(dāng)框

16、支層為12層時每層框支 柱所承受剪力之和應(yīng)取基底剪力20%； 4）當(dāng)框支層為3層及3層以上時，每層框支柱所承受剪力之和 應(yīng)取基底剪力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梁的剪 力、彎矩。 高規(guī)4.9.2、10.2.12條規(guī)定規(guī)定，框支柱在特一級、一、二級 抗震時，地震作用產(chǎn)生的軸力分別乘以增大系數(shù)1.8、1.5、1.2。但在計算軸壓比時不考慮該增大系數(shù)。 組合設(shè)計內(nèi)力的調(diào)整 梁設(shè)計剪力調(diào)整 轉(zhuǎn)換梁設(shè)計剪力調(diào)整 柱設(shè)計內(nèi)力調(diào)整 框支柱設(shè)計剪力調(diào)整 剪力墻設(shè)計內(nèi)力調(diào)整框支柱的剪力調(diào)整 框支柱從標準剪力到設(shè)計剪力是怎樣調(diào)整的？ 框支柱從標準內(nèi)力到設(shè)計內(nèi)力需經(jīng)過： 地震內(nèi)力的放大：

17、 （1）薄弱層1.15的調(diào)整（轉(zhuǎn)換層應(yīng)強制為薄弱 層）； （2）統(tǒng)計層剪力，求出需進行2%、3%、20%、30%調(diào)整的放大系數(shù)； （3）雙向地震組合的內(nèi)力放大（一般轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)選 擇較多）； 注意：程序是先做“雙向地震組合（3）”后做“樓層 剪力調(diào)整（2）”，兩者次序不同，結(jié)果是不同的。 （4）設(shè)計內(nèi)力的放大： 各層框支柱均采用相同的設(shè)計剪力放大系數(shù)： 特1級、1級、2級、3級的設(shè)計剪力放大系數(shù)分別為：3.024、 2.1、1.5 、1.265 特1級、1級、2級、3級的設(shè)計彎矩調(diào)整系數(shù)則與普通 柱一樣調(diào)整轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力調(diào)整 框支托梁的設(shè)計內(nèi)力是怎樣調(diào)整的？ 框支托梁從標準內(nèi)力到設(shè)計內(nèi)力需經(jīng)過：

18、地震內(nèi)力的放大： （1）薄弱層1.15的調(diào)整（轉(zhuǎn)換層應(yīng)強制為薄弱層）； （2）雙向地震組合的內(nèi)力放大（一般轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)選擇較 多）； （3）地震內(nèi)力無條件放大，對特1級、1級、2級，放大 系數(shù)分別為：1.8、1.5、1.25 設(shè)計內(nèi)力的放大： 框支托梁的設(shè)計剪力調(diào)整系數(shù)與普通梁一樣。對特1級、1級、2級、3級，放大系數(shù)分別為：1.56、1.3、1.2、1.1 框支托梁為什么容易抗剪超限？ 原因主要是上部剪力墻與下部托梁協(xié)調(diào)工作，傳給下部 的內(nèi)力太大造成。由上例188號梁所例： 恒載產(chǎn)生的剪力：2433kN 地震產(chǎn)生的剪力：2301kN 地震力控制是因為地震剪力的調(diào)整太大的原因。 由此可見，豎向荷

19、載、地震荷載是梁抗剪截面超限的主 要原因。托梁與上部剪 力墻的協(xié)調(diào)點托梁上部墻體的單元劃分第188號托梁所在的位置 外部因素：（1）荷載是否太大；（2）結(jié)構(gòu)剛度是否局 部偏?。唬?）地震設(shè)防烈度與結(jié)構(gòu)設(shè)計是否存在矛盾。 內(nèi)部因素：（1）殼單元與桿單元的位移協(xié)調(diào)是否會帶來 應(yīng)力集中；（2）桿單元相對很短，是否會造成剛度偏 大，以至吸引荷載；（3）單元劃分是否不合理。 所以，可以見到轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。因此我們建議采 用多個不同模型的軟件復(fù)核，如：PMSAP、FEQ等。 梁截面抗剪承載力：b*h=0.8*1.8，C40 0.15fcbho=0.15*19100*0.8*(1.8-0.0425)/0.85=4739kN 遠不滿足設(shè)計剪力11725kN的要求，需要增加截面，提 高強度，或采用其它方法。3.2。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計控制基本要求的條文規(guī)定：4.2.2-1和表4.2.21關(guān)于A、B級最大適用高度的規(guī)定；第10.2.2條 8度不宜超過3層；7度不宜超過5層；第10.1.2條 9度抗震設(shè)計，不應(yīng)采用帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)；按表4.8.2和表4.8.3，正確填寫結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級；第10.2.3 條，底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)布置有關(guān)規(guī) 定。設(shè)計調(diào)整薄弱層。水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件。豎向轉(zhuǎn)換構(gòu)件框支柱。 轉(zhuǎn)換層剛度的條文規(guī)定 位移比、周期比 。 轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比 。