帶厚板轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

[摘要]厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是高層建筑中常見的結(jié)構(gòu)形式，本文著重分析了厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的特點，并結(jié)合工程實例，通過相關(guān)計算，對帶厚板轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點及抗震要求進行了分析。

[關(guān)鍵詞]高層建筑；厚板轉(zhuǎn)換；結(jié)構(gòu)設(shè)計；計算；抗震 文章編號：2095-4085（2016）01-0038-02

厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是高層建筑中常見的結(jié)構(gòu)形式，文章從厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的特點，構(gòu)造要求，計算分析及抗震設(shè)防等方面進行全面分析與探討，以期為建筑多功能設(shè)計提供幫助。

1 厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的特點

由于厚板上下部分柱網(wǎng)錯開較多且極不規(guī)則，因此其厚板豎向受力非常復(fù)雜，且由于結(jié)構(gòu)上下豎向構(gòu)件的不連續(xù)，剛度突變，在水平地震力作用受力下非常復(fù)雜。因此對厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。其結(jié)構(gòu)設(shè)計包括：

（1）在柱與柱、柱與墻之間需要加強配筋，并設(shè)置較大寬度及高度。

（2）轉(zhuǎn)換板需要較大厚度以滿足抗剪及抗沖切要求。從抗震角度考慮，厚板集中了較大剛度和質(zhì)量，由于地震反應(yīng)強烈，板本身受力巨大，且由于沿豎向剛度突然變化，相鄰上下層受到的作用力較大，容易發(fā)生震害。

（3）高位轉(zhuǎn)換下厚板加劇了地震反應(yīng)力的突變，為減少突變，控制剛度比尤其重要。

2 高規(guī)對厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)要求

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）中第10.2.14條對厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定如下：

（1）由抗彎、抗剪、抗沖切截面的驗算確定轉(zhuǎn)換厚板的厚度。

（2）應(yīng)按整體計算時劃分的主要交叉梁系的剪力和彎矩設(shè)計值進行截面設(shè)計，配筋校核應(yīng)按有限元法進行分析。

（3）鋼筋骨架網(wǎng)宜配置在厚板外周邊。

（4）在轉(zhuǎn)換厚板內(nèi)對轉(zhuǎn)換厚板上下部的剪力墻、柱的縱向鋼筋進行可靠錨固。

（5）轉(zhuǎn)換厚板上、下層的樓板應(yīng)適當(dāng)加強，樓板厚度不宜小于150mm。

3 工程實例

某高層建筑是集商住為一體的高層住宅建筑。設(shè)計地下兩層，地上二十八層，總高度為97.2m。地上一到五層為商業(yè)，五層以上為住宅（三棟塔樓，分縫設(shè)計），轉(zhuǎn)換層位于地上五層，屬于高位轉(zhuǎn)換。建筑物抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g。抗震設(shè)防為乙類，建筑結(jié)構(gòu)安全等級一級，場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為0.35s，落地剪力墻與框支柱抗震等級為特一級。轉(zhuǎn)換層以上為住宅剪力墻，墻厚為底部加強部位250mm，底部加強部位以上200mm；框支柱為1500×1500-1500×1800mm，除電梯井、樓梯間剪力墻上下貫通外，上部其余剪力墻與下部墻體均錯開布置。柱網(wǎng)為8500×8500mm，經(jīng)計算，轉(zhuǎn)換層板厚為2000mm。轉(zhuǎn)換層及以下墻柱混凝土強度等級為C50，轉(zhuǎn)換層梁板混凝土強度等級為C40，轉(zhuǎn)換層以上23層，每層荷載標(biāo)準(zhǔn)值為16.8～16.9kN/m²。

3.1 結(jié)構(gòu)計算分析

結(jié)構(gòu)抗震分析以地下室頂板為上部嵌固端進行計算。結(jié)構(gòu)計算采用設(shè)計計算軟件SATWE和PM-SAP，并采用MIDAS結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件復(fù)核計算結(jié)果。在設(shè)計過程中計算應(yīng)滿足以下幾點要求：（1）采用至少兩個不同力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)分析軟件進行整體計算；（2）抗震計算采用振型分解法進行強度計算和變形驗算，同時采用彈性動力時程分析方法補充計算；（3）對轉(zhuǎn)換層厚板進行有限元分析，按平面內(nèi)無限剛，平面外有限剛進行計算，通過計算結(jié)果分析確定厚板內(nèi)力及撓度，并按應(yīng)力計算結(jié)果對配筋進行校核。

3.2 厚板轉(zhuǎn)換對整體結(jié)構(gòu)抗震計算的影響

建筑物轉(zhuǎn)換層位于五層，屬于高位轉(zhuǎn)換。通過對地震作用下的樓層地震反應(yīng)力曲線和層間位移角進行計算，可知，由于建筑物厚板高位轉(zhuǎn)換，水平地震反應(yīng)很大，樓層地震反應(yīng)力曲線在轉(zhuǎn)換層突變相當(dāng)明顯。本建筑物由于在6度抗震設(shè)防區(qū)，位移角由風(fēng)荷載控制，在地震作用下位移角很小，轉(zhuǎn)換層處存在顯著突變。因此，應(yīng)加強框支柱及轉(zhuǎn)換厚板上、下部剪力墻、柱與轉(zhuǎn)換厚板的連接，加強轉(zhuǎn)換層及以下各層的側(cè)向剛度，使水平地震作用可靠傳遞至底層，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)換層厚板上下層豎向構(gòu)件的軸壓比，提高結(jié)構(gòu)延性。

3.3 主要抗震構(gòu)造措施

（1）提高縱筋配筋率及體積配箍率的延性和強度，要控制框支柱的軸壓比。此結(jié)構(gòu)框支柱抗震等級為特一級，軸壓比控制在0.6以下。

（2）在本建筑物設(shè)計時，落地剪力墻抗震等級為特一級，軸壓比控制在0.5以下，豎向及水平分布筋的最小配筋率為0.4%，約束邊緣構(gòu)件縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋率為1.4%，配箍特征值比一級增大20%。

（3）增大結(jié)構(gòu)厚板轉(zhuǎn)換層上下相鄰層構(gòu)件截面，厚板上一層剪力墻截面加厚至250mm，上下相鄰層樓板加厚至150mm。

4 關(guān)于厚板轉(zhuǎn)換設(shè)計的幾點建議

（1）厚板轉(zhuǎn)換應(yīng)避免高位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換層設(shè)置越高，其地震反應(yīng)及層間位移角突變越明顯。由于突變，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中的厚板轉(zhuǎn)換表現(xiàn)得更加明顯，對抗震更為不利，高位厚板轉(zhuǎn)換應(yīng)用應(yīng)慎重。

（2）帶厚板轉(zhuǎn)換層高層建筑的結(jié)構(gòu)布置宜簡單、規(guī)則、均勻、對稱，盡量減少結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心的偏心；主要抗側(cè)力構(gòu)件宜盡可能布置在結(jié)構(gòu)周邊，尤其應(yīng)注意加強厚板轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的抗扭能力。

（3）轉(zhuǎn)換厚板以下與厚板單側(cè)相接得落地剪力墻宜適當(dāng)提高其厚度，以平衡厚板支座負彎矩，避免出現(xiàn)過大開裂。

（4）為滿足經(jīng)濟性要求，在厚板中不必均沿上部剪力墻軸線設(shè)暗梁，在轉(zhuǎn)換層柱與柱，柱與墻之間設(shè)置即可；個別內(nèi)力較大位置可附加鋼筋，如附加抗彎短筋及抗剪拉筋。

5 結(jié)語

厚板轉(zhuǎn)換為建筑多功能化提供了便捷，通過實際工程的設(shè)計與實踐，加強概念設(shè)計，采取合理構(gòu)造措施，厚板轉(zhuǎn)換在低烈度設(shè)防地區(qū)應(yīng)用是安全可靠且可行的。