轉換結構的主次梁應力分析

1、轉換結構的主次梁應力分析第11期2007年11月廣東土木與建筑GUANGD0NGARCHITECTURECIVILENGINEERINGNo.11N0V2oo7轉換結構的主次梁應力分析成林星1韓小雷2（1,東莞市常平建筑設計院廣東東莞523560;2，華南理工大學廣州510640）摘要:在主次粱轉換工程中，必須對轉換主，次梁進行應力分析并按應力校核配筋, 文中著重分析水平及豎向荷栽作用下轉換主次梁相應的應力分布規(guī)律，為轉換梁工程設計提供類似結構轉換 粱受力概念及計算分析方法.關鍵詞:轉換層;轉換梁:有F-,L分析1引言在高層建筑主次梁轉換層結構中.框支主梁需承受剪力墻，轉換次梁及其上的剪力墻荷

2、載,其傳力途徑多次轉換.受力復雜.框支主梁除承受其上部剪力墻的作用外.還需承受次梁傳來的剪力，扭矩和彎矩.故較易發(fā)生受剪破壞2=.高層建筑混凝土結構技術規(guī)程規(guī)定，轉換層上部的豎向抗側力構件（墻，柱）宜直接落在轉換層的主結構上，當結構豎向布置復雜框支主梁承托剪力墻，轉換次梁及其上剪 力墻時.應進行應力分析和應力校核進行配筋.并加強配筋構造措施1=在實際工程中常會遇到轉換層上部剪力墻平面布置復雜的情況高層建筑結構梁式轉換層的主要受力構件是轉 換大梁.作為支承上部剪力 墻的基礎.如何保證其具有 足夠的承載力.就要了解轉 換梁的受力形式及影響其 受力的各方面因素其中 主要的影響因素如下:上 部結構的結

3、構形式:上部 結構與轉換梁的相對剛度：轉換梁與其下部支承結 構（柱或墻）的相對剛度等.實際上轉換梁的受力特性與上部墻柱構件參與 共同工作的比例相關:部 分墻體支承在框支柱上的 轉換梁:它與上部墻體共同 工作.墻體的一部分荷載直14接傳遞給柱,剪力墻的受力性能發(fā)生較大的改變.在 轉換梁上部靠近支座處的墻體內(nèi)有較大的剪應力： 部分墻體位于框支柱凈跨中的轉換梁:其受力相 當于梁跨中間段承受一定長度的均布荷載.但在轉 換梁的受荷載梁段由于存在著剪力墻的共同作用也 相當于普通梁中間有一段剛性梁段.由于上部墻體 的作用.相應墻下轉換梁就有一段范圍出現(xiàn)受拉區(qū). 這是墻轉換梁作為一個整體共同彎曲變形.墻體約

4、束了梁的變形.使轉換梁所受的彎矩明顯減小2工程實例概況某高層商住樓工程,各樓層使用功能劃分如下：3層地下室為車庫和設備用房:地上l3層為商場，表1各樓層標高及層高 圖1住宅標準層平面圖2007年11月第ll期成林星等:轉換結構的主次梁應力分析N0V2Oo7No.1l 會所.4層為轉換層.53l層為住宅.各樓層標高及 層高設計參數(shù)見表1.住宅標準層（53l層）平面如 圖l所示.本工程結構選型如下:上部住宅53l層采用剪力墻體系結構;3層以下商場，會所采用框架一混 凝土核心筒結構.其中電梯間采用混凝土核心筒形 式為底部豎向構件加強區(qū).以保證結構滿足規(guī)范規(guī) 定的轉換層上下層的剛度比:4層為本工程的關

5、鍵 結構層.為承接上下不同的結構體系.及滿足不同位 置豎向構件之間的傳力需要.該層采用梁式轉換層. 根據(jù)上部剪力墻的平面分布情況.在剪力墻下布置 轉換梁.形成主,次梁轉換層結構形式，轉換主粱最 大截面為bh=14x2500.典型截面為bh=900 x2500;典型轉換次梁截面為bh=6x2200和800 x2200:轉 換層板厚取200mm.轉換層結構平面如圖2所示.I,:J.一 lLJ:l甄囹口 L甄一I粥斛一 1I 11 一圖2轉換層結構平面圖3主次梁轉換的傳力概念及有限元分析3.1分析要點主次梁轉換的傳力概念由于本工程轉換層上部剪力墻軸線與轉換層下 部框支柱軸線呈45.根據(jù)上部剪力墻下布

6、置轉換梁 的原則.因此將出現(xiàn)轉換次梁與轉換主梁斜交角呈 45的情況.這種多次轉換的結構布置使轉換層結構 受力處于復雜的空間工作狀態(tài).傳力途徑復雜，轉換 次梁的設置使主梁受到附加集中力和彎矩作用.轉換次梁由于兩端支承在轉換主梁上.約束條 件較弱.按鉸接條件對轉換次梁進行應力和內(nèi)力計 算.則能得到可靠的計算結果，但由于次梁支座與主 梁相連接.主次梁轉換梁截面較大，都有較大剛度， 因此主次轉換梁之間連接節(jié)點在實際T程中能滿足 剛性節(jié)點的條件.它們之間不僅能傳遞軸力，剪力， 也能傳遞彎矩作用.且其相應的力的方向也是三維 空間受力.因此也要考慮次梁端支座負彎矩對主梁 的作用為相應的扭矩作用，使主梁受彎，

7、剪,扭不利 組合.框支單元有限元分析按高層規(guī)程的規(guī)定.框支主粱承托剪力墻并承 托轉換次梁及其上剪力墻時應進行應力分析.因此 有必要采用高精度平面有限元法分析主次轉換梁的 應力.截取計算框支單元的要點如下:框支單元最 好全軸線截取，以減少與整體分析時的誤差;在截 取層數(shù)時一般取框支層上部3層:轉換層結構整體 分析應選用墻元，殼元模型(SATWE)這樣傳遞荷載 將更為準確3_3.2轉換梁與其上部剪力墻的應力分布轉換主梁及以上剪力墻單元選用SATWE各工況荷載進行框支單元計算.S 這些荷載已經(jīng)過結構的剛度協(xié)調(diào).并考慮了平面外梁 傳給計算棉柱墻梁的荷載.選用主，次梁計算單元分 別如圖3所示圖3框支單元

8、計算構件選取平面圖選取主梁單元LO 一 1(轉換主梁及以上4層剪力 墻)進行高精度平面有限元應力分析.分別獲得框支 單元在最大水平力和結構白重作用下.以及最大豎向 荷載作用下的水平，垂直應力和剪應力分布圖(略). 根據(jù)上述應力線分布.可知轉換梁的零應力 線分布在梁高度的中問部位.跨中零應力線以下部 分為拉應力線.零應力線以上部為壓應力線,零應力 線相當于梁受彎的中和軸.轉換梁中和軸未出現(xiàn)上 移現(xiàn)象:轉換梁最大剪應力出現(xiàn)在上部沒有墻體的 梁端:轉換梁并未呈現(xiàn)常見的框支剪力墻結構中的 明顯拱效應:這是因為轉換梁上未滿布剪力墻，轉換 梁受力形式與普通梁類似152007年11月第ll期廣東土木與建筑N

9、0V20o7No.11轉換次梁及以上剪力墻單元當次梁承托剪力墻時，不能直接采用FEQ分析， 但可通過模擬框支主梁進行應力分析:在轉換次梁 兩端增加截面相當小的框架柱.這樣轉換次梁就簡 化為框支主梁:可以采用FEQ對框支次梁承托剪力 墻進行二次分析.選取框支次梁單元LQ 一 2（轉換次梁及以上4層 剪力墻）進行高精度平面有限元應力分析.由于轉換 次梁不能直接采用FEQ計算,故在轉換次梁LQ 一 2兩 端增加小截面柱.將其簡化為框支主梁.先進行整 體結構計算.其結果與未增加柱時相差微小;再對框 支梁進行二次分析.由于各工況荷載考慮了平面外 梁傳給計算棉柱墻梁的荷載，因此附加框支柱應力 不存在.相應

10、荷載由轉換主梁承擔，本模型分析的主 要目的是掌握框支次梁應力分布規(guī)律.經(jīng)計算，分 別獲得框支單元在最大水平力和結構自重作用下. 以及最大豎向荷載作用下的水平，垂直應力和剪應 力分布圖（略）.根據(jù)上述應力線分布，可知轉換次梁的零應 力線分布在梁高度的中間部位.零應力線以下部分 為拉應力線.零應力線以上部為壓應力線，零應力線 相當于梁受彎的中和軸:轉換梁最大剪應力出現(xiàn)在 墻體邊緣和梁的支座端:轉換次梁的應力線分布體 現(xiàn)與普通次梁兩端簡支受力類似 4結語4.1當結構豎向布置復雜.轉換主梁承托剪力墻并 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.4.2轉換梁的受力

11、特性與上部墻柱構件參與共同 工作的比例相關.影響轉換層受力性能主要因素有 轉換梁剛度,上部結構類型，轉換梁與其下部支承結 構（柱或墻）的相對剛度等.4.3轉換主梁應力分析結果表明.未滿布剪力墻的 轉換梁的受力形式與普通梁類似，轉換梁并未呈現(xiàn) 常見的框支剪力墻結構的明顯拱效應.其最大剪應 力出現(xiàn)在上部沒有墻體的梁端,設計時應予以重視.4.4轉換次梁應力分析結果表明.轉換梁最大剪應 力出現(xiàn)在墻體邊緣和梁的支座端:，其應力線分布與 普通次梁兩端簡支受力類似.轉換次梁與轉換主梁 交接處應設置加強構造.參考文獻1JGJ3-2003J1862002高層建筑混凝土結構技術規(guī)程S沈蒲生.高層建筑結構疑難釋義M

12、.北京:中國建筑工業(yè)出版社.2003f3中國建筑科學研究院PKPMoCAD工程部.多層及高層 建筑結構建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATWE 用戶手冊及技術條件M.2005(4)4中國建筑科學研究院PKPMoCAD工程部.高精度平面 有限元框支剪力墻計算及配筋軟件FEQ用戶手冊及技 術條件M.2005(4)唐興榮.高層建筑轉換層結構設計與施HM.北京:中 國建筑工業(yè)出版社,2002(10)jjjjjj Wjjjjjjjjjjjjjjjjj 屯 jjjjjjjjjjjjjj(上接第24頁)參考文獻1龔曉南，高有潮.深基坑工程設計施工手冊M.北京： 中國建筑工業(yè)出版社.1998肖伍權,冷伍明.深基坑支護結構設計的優(yōu)化方法Jl 巖石力學,2007(6)蘇傳國.大型橢圓