带转换层复杂高层建筑结构设计探讨

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1、带转换层复杂高层建筑结构设计探讨　　摘要：随着当前城市化进程加快，建筑技术的提高，高层建筑开始逐渐向体型复杂、功能多样的综合性方向发展，尤其以带有转换层的复杂小高层为典型代表。本文将在探讨转换层类型以及结构形式的基础上，重点分析带转换层的复杂小高层结构布置、计算调整、分析模型与设计计算等进行了分析。　　关键词：转换层；复杂高层；结构设计　　1、工程概况　　某大厦为高层商住综合楼，地下1层，地上30层。采用框支剪力墙结构。大厦1～2层为商业楼，3～30层为住宅；转换层设在2层顶；标准层和转换层结构平面分别如图1和图2所示。本工程为丙类建筑，抗震设防烈度为6度

2、，基本地震加速度为0.05g，建筑场地类别为II类，设计地震分组为第一组，基本风压为0.35kN/m2，地面粗糙度为C类。　　典型的板式住宅，南北通透，进深小，立面宽。由于建筑平面狭长，并且西端局部轴线转向，如图设一道防震缝将建筑物分为东、西两个结构单元。东座为长矩形平面，西座平面严重不对称，高宽比都很大。　　2、结构布置与计算调整　　住宅建筑平面形状复杂，高宽比的计算方法没有明确的标准。如果按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比：东座达90.2∶9.3=9.7，西座达87.3∶9.3=9.4，远远超过了规范限值6。本工程平面中，局部突出部分占有相当大的面积

3、，并且其外伸长宽比4.55∶7.2=0.63比较小，如果按包括突出部分的最大投影宽度计算高宽比，东座为90.2∶17.2=5.2，西座为87.3∶17.2=5.1。　　为了得到理想的户型布置，尽量不加大平面南北向最小宽度，而是通过剪力墙的平面布置来控制结构的侧向刚度和承载能力，保证稳定，防止倾覆，并实现良好的技术经济指标。结构布置中增加Y轴方向剪力墙的数量和长度，南北立面上局部突出的部分加强了剪力墙布置，尤其注意保证了足够的y轴方向落地剪力墙，满足规范‘底层框架部分承担的地震倾覆力矩，不应大于结构总地震倾覆力矩的50%’的要求。　　弹性计算显示：风荷载作用

4、下，东座Y向最大层间位移角为1/1184，西座为1/1250；多遇地震作用下东座Y向最大层间位移角为1/2219，西座为1/2420；东座Y向刚重比为3.4，西座为3.83，均远大于1.4，满足规范的整体稳定要求；剪力墙、框支柱等抗侧力构件配筋量正常，多数是构造配筋，无异常超限情况；基础底面也未出现零应力区。　　计算中发现，东座由于平面狭长，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比偏大。延长周边剪力墙，同时缩短内部剪力墙，使抗侧力构件的平面布置更加合理有效。调整剪力墙布置时，同时关注刚心的移动，避免无意间增大了偏心率而收到降低耦联周期比的效果。　

5、　西座由于严重不对称，楼层扭转位移比很大。通过调整剪力墙布置，尽可能减小楼层刚度中心与质量中心之间的偏心。关于多高层结构刚心的定义存在争议，现代空间结构计算方法并不需要确定刚心的位置，但刚心仍是概念设计的有用工具。SATWE软件把每一楼层当作单层结构计算出楼层刚心，PMSAP软件按照某种方式考虑所计算楼层与整体结构的关系而得出楼层刚心。参考软件计算的刚心和质心位置，调整平面布置。　　东座平面规则，框支柱距比较大，而且由于商场建筑布局的需要以及保证结构Y向刚度和控制落地墙间距的考虑，Y向落地剪力墙较多，X向落地墙较少，使得X向转换层附近竖向刚度突变比较明显。

6、框支框架截面和落地墙厚已无法加大，主要通过适当缩短上部住宅剪力墙，加宽洞口，并利用裙房的侧向刚度，使转换层上、下结构等效侧向刚度比满足规范要求。　　3、分析模型与设计计算　　本工程为带转换层的复杂高层建筑结构，设计时采用SATWE和PMSAP两种不同力学模型的三维空间分析软件进行整体计算。　　在联肢剪力墙中，连梁是一种对结构整体刚度很敏感的构件，用壳元建模分析更准确。但是当连梁跨高比比较大时，对采用单元结点协调的SATWE会带来与连梁相连处墙肢单元划分困难的问题。鉴于目前的设计软件不能人工干预单元的划分，当连梁跨高比不小于5时用杆元建模，小于5时，用壳元建

7、模。　　本工程楼盖整体性较好，无狭长楼板或局部大洞口，可以采用刚性楼板计算以减少自由度数。转换层楼板起到传递分配不落地墙水平剪力的作用，另外在框支剪力墙中需考虑转换梁的轴向拉力，水平转换和竖向转换都要求考虑楼板平面内变形，应采用弹性板计算。为了使转换梁转换竖向荷载的传力路线清楚，不考虑转换层楼板的平面外刚度，按弹性膜计算，偏于安全。考虑到水平荷载的转换也不是全部在转换层完成的，其上相邻的标准层楼板也定义为弹性膜。　　裙房屋面与转换层楼面在同一标高，裙房框架柱的内力也会受到水平荷载转换的影响，故将裙房屋面板与转换层楼面板一起定义为弹性膜。但在计算扭转位移比时

8、，为了反映结构的整体扭转，全楼强制采用刚性楼板假定。　　PMSAP