第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 某高位转换高层建筑结构设计 魏路，程昭波，钟维浩，刘淼鑫，黄作军，伍阳 （广东省建筑设计研究院广东广州510010) [摘要]本文对某高位转换高层建筑进行结构设计分析，重点分析了PKPM不同计算模块对转换构件的计算结果， 对比发现不同的模块计算结果有较大不同，在结构设计时应对结果进行仔细分析综合判断，才能作为设计依据.
同时根据规范设定的抗震性能目标，研究结构的整体抗震性能，分别进行多遇地震作用下的弹性反应谱分析和罕 遇地震作用下的推覆分析，结果表明结构满足抗震性能要求.
在多遇地震作用下，结构完全处于弹性工作，在罕 遇地震作用下，塑性铰出现的时间和位置合理，满足抗震性能要求.
[关键词]高位转换，筏板基础，转换梁分析，推覆分析 1工程概况 本工程位于场地位于惠州市仲恺高新区，总建筑面积为55350m²，其中地下建筑面积12706m².本工程为 商住建筑，地面以上26层，其中1至5层为裙房部分，6至26层为塔楼部分，首层层高5.9m，第2至3 层层高4.9m，6层架空层层高5.5m，塔楼标准层层高2.9m，地面以上建筑物总高度为87.2米.
地面以下 2层，主要为停车库及设备用房.
本工程根据建筑立面和功能的要求，采用部分框支剪力墙结构体系.
考虑工程实际情况，通过方案比 选确定转换结构采用梁式转换结构：第6层局部结构竖向柱构件上下不连续贯通，上部的住宅采用剪力墙 结构，通过转换梁和框支柱共同实现对整个结构力的传递和衔接.
本工程结构水平布置相对均匀，竖向向 结构布置不均匀，通过调整转换层上下竖向构件的大小调整刚度比满足要求.
结构设计地震分组为第一组， 设计基本地震加速度值为0.05g，场地土类型为Ⅱ类，场地特征周期为0.35秒.
图1为标准层平面，图2 为转换层结构平面.
图1住宅标准层平面图 图2转换层结构平面图 由于本工程转换层上部剪力墙平面布置较为复杂，经过对结构方案的分析比较，并根据上部剪力墙的 平面布置情况，决定采用梁式转换.
转换主梁截面尺寸为：最大截面为bXh=1200X2000，典型截面为 作者筒介：魏路（1981-)，男，硕土，高级工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 bXh=1000X1800：转换层板厚为180mm.
2.基础设计 根据地基土质、上部结构体系及施工条件等资料，经技术和经济对比优化，本工程塔楼部分基础采用 筏板基础，地基持力层为全风化砂岩，持力层地基承载力特征值为350KPa，修正后450kpa，压缩模量5mpa， 变形模量50mpa.
筏板厚度1500mm，局部1800mm.
利用JCCAD计算筏板配筋.
基床系数取值采用荷载 /沉降的方法反算，预估沉降按广东省基础规范取变形模量E计算，估算基床系数K取15000KN/M”.
配 筋率板面0.15%，板底0.27%拉通，不足处另加.
对于个别应力集中的点配筋采用局部区域平均的取值.
塔楼以外用天然基础防水板锚杆的做法.
锚杆间距2.5~2.7m，锚杆布置在天然基础范围外.
利用 midas将锚杆建入模型，算出锚杆拉力值，根据拉力值大小不同的区域采用330KN和420KN两种特征值.
防水板厚度600mm，计算防水板配筋时将锚杆拉力等效成与水反力反向的均布荷载，相比将锚杆布置在基 础范围内可大幅度减小配筋.
3转换结构构件计算分析 3.1受力特点 当上部竖向构件布置复杂时，框支主梁除了要承受上部剪力墙、柱的作用外，还要承受转换次梁及其 上部剪力墙、柱的作用.
这种多次转换传力路径长，并且框支主梁受到较大的剪力、扭矩和弯矩，容易发 生受剪破坏.
因此，因对其进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施.
转换梁与上部墙体受力密切相关，它们成为一个结构整体，共同参与工作.
实际上，转换梁上部墙 体的布置形式将影响它与梁共同受力的比例关系.
在一般工程项目中，墙体的布置形式主要分为以下3种 情况：（1）部分墙体支承在框支柱上：（2）转换梁满跨支承着墙体：(3）墙体支承在转换梁跨中.
布置类型如 下图所示.
图3部分墙体支承在框支柱上 图4转换梁满跨支承着墙体 图5墙体支承在转换梁跨中 3.2转换梁有限元分析 本工程结构整体分析采用SATWE结构计算软件，转换梁采用高精度平面有限元模块（FEQ）进行应 力分析.
并采用PMSAP模块，将在SATWE中为杆单元的转换梁转换成壳单元进行计算，对比分析计算 结果.
采用FEQ模块进行分析计算时，框支单元按全轴线截取，层数从地上首层取至转换层上部3层.
3 转换主梁分析单元选取轴1-3（图2所圈轴线）.
采用SATWE对结构进行整体计算分析，得1-3轴转换主梁的弯矩和剪力包络图如下图所示.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 图6转换主梁弯矩包络图（kNm） 图7转换主梁剪力包络图（kN） 由上图可得，转换主梁最大支座负弯矩为3048kN.m，且左右两端负弯矩在1/3梁净跨处已为0.正弯 矩最大值为3179kN.m，位置靠近上部墙体的一端.
剪力最大值为2719kN，且无较大突变.
由弯矩和剪力 图可知转换梁的受力形式类似于在梁上施加均布荷载的情况.
采用FEQ模块，选择两个工况下的计算结果进行应力分析：工况1：恒载：工况2：Y向风载.
0x、 y和rxy的应力分布图如下图所示.
) (a)工况1 (b)工况2 (a)工况 1 (b)工况2 图8ox等应力线（kN/m²） 图9 ay等应力线（kN/m²） (a)工况1 (b)工况2 图10xy等应力线（kN/m²） 从ax等应力线可看出，梁的零应力基本靠近梁高度的中间位置，梁跨中下部受拉，上部受压，转换 梁由于梁高较高，一般属于深受弯构件：(2）从oy等应力线图则可得知，转换梁于上部墙体共同参与工作， 在梁端下部及在转换柱上的剪力墙端部存在应力集中的现象，因此设计时这两个部位应考虑局部承压的情 况：(3）从图10可看出，梁上有墙体的部位，梁和墙共同工作，一同承担剪力，而最大的剪应力出现在上部 没有墙体的梁端.
由此可得，在设计时不但要保证转换梁和墙体有足够的抗剪能力，还有注意加强上部无 墙的梁端的配筋及构造措施.
通过PMSAP模块的计算，得转换梁的弯矩和剪力的包络图，如图11、图12所示.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 13(0 图11转换主梁弯矩包络图（kN.m） 图12转换主梁剪力包络图（kN） 与SATWE计算结果对比发现，弯矩图曲线基本相似，支座最大负弯矩和跨中最大正弯矩值均比 SATWE计算结果小：剪力图较为不同，但最大剪力值相近，且均在梁端处.
值得注意的是，PMSAP计算 结果显示转换梁最大拉力为1050kN，比SATWE计算值大一倍.
所以在配筋时应按照PMSAP计算结果对 转换梁进行拉弯构件的验算校核.
4结构抗震性能分析 4.1性能目标和结构布置 本工程属于竖向不规则结构，综合考虑结构的规则性和规范抗震性能要求，结构设定的最终的性能目标 为：整体结构满足基本抗震设防目标，提高关键结构构件的抗震性能目标.
拟定的结构满足在多遇地震和 罕遇地震下性能目标见表1.
表1结构抗震性能目标 结构构件 多遇地震 罕遇地震 整体性能 层间位移角 1/1000 1/120 剪力墙 保持弹性，满足规范要求 可部分进入屈服 连梁 保持弹性，满足规范要求 可大部分进入 构件性能 屈服 框架梁 保持弹性，满足规范要求 可部分进入屈服 框支结构 保持弹性，满足规范要求 不进入屈服 4.2多遇地震作用下结构反应谱分析 结构在多遇地震作用下的变形计算采用弹性反应谱方法分析.
设防地震动参数如下：基本烈度为6度 （0.05g），地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类.
分析的多遇地震规范反应谱见图13.
2#楼结构在多遇地震下，X方向最大层间位移为1/6056，Y方向最大层间位移为1/2666，均满足根据规范 设定抗震性能目标最大层间位移角1/1000的限值要求，且可见Y方向整体抗侧刚度较弱.
同时通过层间 剪力对比可见，X方向的层间剪力比Y方向要大，X方向的最大层间剪力为3392.23kN，Y方向的最大层间 剪力为2773.63kN.
结构在小震下完全处于弹性工作，满足设定的抗震性能目标.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014 年 多通地覆械省及应请 3.9 YR 24 BS 12 141 (V19ad 限间力 盐构自乳周期To 3 1.2 图13多遇地震规范反应谱 图14(a）层间位移角对比 图14(b)层间剪力对比 4.3罕遇地震作用下结构推覆分析 《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，竖向不规则且有明显薄弱层的结构，在地震作用下，有可能 使得结构局部受到较大的破坏，为此要对此类结构进行弹塑性变形分析.
结构推覆分析是基于性能的静力 弹塑性抗震设计，即是设定结构的性能目标来评价结构设计能否满足性能要求的设计方法.
a 图15（a）结构X向的抗例塌验算曲线 图15(b)结构Y向的抗倒塌验算曲线 本工程为带高位转换层的高层建筑，因此对该结构进行了推覆分析.
图15给出了结构两个方向的抗 倒塌验算曲线，图16给出了结构各楼层在性能点层间位移角.
根据表1提出的抗震性能要求，结构在罕 遇地震下的层间位移角限值为1/120，以此为控制指标评价结构变形性能.
在结构完成推覆分析后，结构 的罕遇地震性能点对应的X方向最大层间位移角为1/1293，Y方向最大层间位移角为1/750，均满足了性 能要求的限值.
从图7可见，在结构性能点，X方向的最大层间位移角在12层，Y方向最大层间位移角 在14层，结构在转换层有明显刚度突变.
区 生方向移角（1/0 ） 主方向时购位角1/3000 n 图16(a)X向性能点层间位移角 图16(b)Y向性能点层间位移角
