《带梁式转换层高层建筑结构的抗震性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
—‘＇打－托．畔户声作／沪＃谋巧绽苗幷，：＇一爭麥矮戸＇：－．Ｖ每释：；捉巧，；＇啼帮ｙ參取尸＇＇—．＇：－．：：：．今：逆賀靖：＼＼Ｖ；．ｖ＇賊孰於、｜？分类号．＇ｐ－：Ｋ．－＇＇＾．，‘：．，繼＇Ｖ护Ｖ’－一＇、ｙ－粗编号：，．ＵＤＣ．’＇‘？谋不推＇ｒ；．；ｆ苗ｙｆ鬼知猶舞．ｖ＇、帮ｖＸ？％Ａ一Ｉ＾ＪＬ存ＡＨ戀以拳：嚷纖顆導觀灣観鱗）詩２ｆ％Ｓｔ－硕±学位论文茂劈敎ｐ．＇‘鑛；Ｉ＃错转耀讓Ｐ纖－＇、＇－八＇－、．方■＞护冰ｕ户．片：＂片沁Ｉ也．＇＂＇＇：．、－ｒ／＞：．Ａ巧．巧．：：忘护护卓骂运竿爱题名和副题名帶梁式转换层窩层建筑结构的抗震性能研究兴：較蘇ｉ＞作者姓名王俊蠢指导教师姓名及职称范涛副教授ｏ■＇．：Ａ．，Ｉ结构工程；乂申请学位级别硕±专业名称＿如川ｈ论文提交日期１加Ａ论文答辩曰期＿＿％读．工大学Ｃ从矿年月１裙学位授予单位和日期成都理ｆ％＾ｆ．答總员会主席嘴ｉｆｉ遍：．评闊人处：ｒ！ｇｐ、．评峨麵黎隸與钱．靡链巽繁皆次寒姨＾作．：－．４臂施Ｅ；趕為有弓Ｉｓ．，娩Ｖ變把；．＇：／該心提诗、？２０１５０日月＞璋紙．穿嘗苗旁年：爲：講祭篇Ｖ；；节鸦安令繁－鼓记謂敵摔為綠读Ｖ矜欺勢巧Ｈ，诗翁贊建謂、＇：：产－；＇皆知窜＞Ｖｉｗ；点按戏躬祐詢着：矣誇苗挺始扔ｔ．部＼！鮮－．．．／！■，者１，识：对乃，藻运這其的名管赴矣＾记心！媒誓苗，苗解冷亩与７扣巧洋啦－舞＾菊揖您舞游雀妻％讀萬：诗聲品节哲讀職—＇＾；齡锦齡釋啼某啤邀搔斬琴味矜，辦＞鍵與建豫寇建魏 １０６１６分类号学校巧码：Ｕ口Ｃ密级学号：２０１２０２０２０７成都理工大学硕壬学位论文带梁式转换层髙层建筑结构的抗震性能研究王俊蠢＇指导教师姓名及职称范涛副教授申请学位级别硕±专业名称结构工程城、。ｋ论文提交日期日＾从引。１学位授予单位和日期成都理工大学（ｗＴ年＾月）答辩委员会主席寺私：今—＾评阅人Ｍ（糸為表２０１５年０６月 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究王作及取得的研究成果。据我所知，除了义中特别加１＾称注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表工大学或其他教育机构的学位或证书或撰写过的研究成果，也不包含为获得成都理一同工作的人员对本研究所做的任何贡献巧已在论文中作了明确而使用过的材料。与我的说明并表示谢意。：学位论文作者签名／也瓜一。年。屋月曰７学位论文版权使巧授权书本学位论文作全了解成都理工大学有关保留、使用学位论文的规定，有权者完。本人保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅授权成都理工大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可、汇编学位论文。采用影印、缩印或扫描等复制手段保存）（保密的学位论文在解密后适用本授权书一学位论文作者签名：学位论文作者导师签名；＾。从巧年。会月曰／ 摘要带梁式转换层高层建筑结构的抗震性能研究摘要建筑，是体现人类文明的重要标志之一，现代的高层建筑更是能够最直观地反映出一个国家、一个城市的经济实力与社会的先进程度。进入二十一世以来，全球的经济水平上升到一个新的高度，建设技术也愈发的成熟，对于建筑的功能要求和外观要求也随之提高。其中，有这样一种高层建筑形式，力求公共空间与高层住宅相结合，也即是下部结构采用能满足大空间要求的框架结构，而其结构上部采用可以提供更大刚度的剪力墙结构来提高建筑结构的整体刚度。为了满足这种功能上的需求，这类建筑常常通过设置转换层来实现这一目标。而其中最为常见的梁式转换层，因其具备传力直接、传力路径明确以及便于计算等优点，而得到结构工程师们的广泛使用。在高层建筑设计当中，我们通常把结构的抗震能力看得特别重要，因此，结构在面对地震作用时候的可靠性就成了关键中的关键。根据现有规范来看，带转换层的高层建筑结构属于复杂结构类型，对于此类结构的抗震分析工作要针对结构进行反应谱分析和时程分析，前者是拟动力分析，而后者为动力分析。本文在对于带梁式转换层结构的理论学习以及发展研究的的基础上，选取了一带梁式转换层高层建筑结构的工程实例做了一些研究分析，具体研究内容如下：（1）选取合适的工程实例，结合其结构施工图，在高层建筑结构分析软件ETABS中建立该工程实例的计算模型，利用振型分解反应谱分析法对结构进行拟动力分析，通过计算分析得到的结构性能数据：结构自振周期、楼层位移、弹性层间位移角、楼层剪力，来研究结构在双向水平地震作用下的动力特性，并得到相关规律；（2）选取三条地震波（两条天然波、一条人工波）作为试验台面加速度输入，利用时程分析方法对结构进行线性动力分析，得到结构在三条地震波作用下各自的顶点位移时程曲线和基底剪力时程曲线，对比研究其时程曲线变化规律，对反应谱法分析计算结果进行补充与印证，并将时程分析法所得到的计算结果与反应谱法分析计算结果依据规范要求进行对比；（3）基于对工程实例的分析，改变其转换层设置位置的楼层（由第三层依次升高至第四、五层），建立三个不同的工程计算模型，对比分析其结构性能数据（周期、位移、刚度、剪力）的变化情况，得出相关律。I 成都理工大学硕士学位论文经过研究，对比分析三个工程模型计算结果，得到了以下结论：（1）结构的自振周期的变化规律为：转换层设置高度升高，自振周期呈现出增长的趋势。说明转换层设置的楼层越高，结构的整体刚度越低。并且一、二、三阶振型对于水平地震作用起到了主要控制作用，随着转化层高度的增加，其高阶振型的作用也会变得明显；（2）结构的层间位移的变化规律为：转换层设置高度升高，层间位移呈现出增长的趋势。并且在转换层附近会出现不同程度的层间位移突变，这是两个方面原因导致的，其一为转换层以下的框支部分楼层层高较上部更大，其二为转换层以下的框支部分较上部结构更柔；（3）结构的弹性层间位移角的变化规律为：转换层设置高度升高，层间位移角呈现出增长的趋势，并且其层间位移角最大值出现楼层会随着转换层设置高度的提高而下移。此外，层间位移角变化曲线在转换层附近会出现“拐点”，说明在转换层上下楼层的刚度是有一定对结构受力不利变化的；（4）三个模型的楼层剪力对比显示，上部剪力墙结构和下部框支结构交接的层均出现了小幅度的剪力突变，这说明了由于上下结构形式的不一致，在转换处会由于刚度的增大而产生剪力的增大。还可以看到结构的基底剪力随转换层设置位置的提高而减小，这是由于结构刚度减小使得受到的地震作用变小，从而基底剪力减小；（5）三个工程模型的顶点位移峰值的最大值均在T2波作用时产生，说明T2波对于三个模型的地震效应更强烈；（6）就基底剪力而言，反应谱法分析结果与时程分析法结果是有差异的，这是因为不同地震波对于同一栋结构的作用效应是有区别的，所以得到的结果是不同的，但是结果变化范围都控制在规范要求的65%和80%两个限值范围内。楼层位移与层间位移角对比结果显示，RG地震波作用下的结果与反应谱结果接近度最高（3%以内），T2地震波作用下的结果与反应谱结果接近度最低。关键词：高层建筑梁式转换层抗震性能反应谱分析时程分析ETABSII AbstractResearchonseismicperformanceoftheHigh-risebuildingwithbeamconverterlayerAbstractItissaidthatarchitectureisakeysignofhumancivilization.ModernHigh-risebuildingcouldbeconsideredasthemostintuitivewaytoindicateastate’scapacityintherespectofeconomyandsocialization.Inthe21stcentury,theglobaleconomyhasreachedtoanewlevelswellasthebuildingtechniques,thefunctionandfacadeofarchitecturehasalsobeenimproved.Itiscommontohavefacadecomplex,multi-functionalintegratedlargespanandhigh-risebuildinginthemodernsociety.Amongthem,thereisaformofhigh-risebuilding,whichaimstocombinethehigh-riseresidentialbuildingsandpublicspace,namely,thelowerpartofthestructuretomeettheframestructureusinglargespacerequirements,whileitsupperstructureofshearwallcanprovidegreaterrigiditystructureimprovetheoverallstiffnessofthebuildingstructure.Inordertomeetthedemandonsuchfunctions,thesetypesofbuildingsareoftenachievedbysettingconversionlayer.Inordertocoordinatetheupperandlowerstructuralrigiditymutationthisshortcoming.Andoneofthemostcommonbeamtransferlayer,becauseithasadirectforcetransmission,transferpathclearandeasytocalculate,etc.,andhavebeenwidelyusedstructuralengineers.Inthehigh-risebuildingdesigns,weusuallyseetheseismiccapacityofthestructureisparticularlyimportant,soforthehigh-risebuildingstructure,thestructureinthefaceoftheearthquake,whenthereliabilityofthekeyinthekeybecome.Accordingtoexistingnorms,thehigh-risebuildingstructurewithaconversionlayerstructuretypearecomplex,forseismicanalysisofsuchstructurestoworkforthestructureresponsespectrumanalysisandtimehistoryanalysis,theformerareintendedfordynamicanalysis,whichisthedynamicanalysis.Basedonthetheoreticalstudywithbeamconversionlayerstructure,andselectedonerealprojectofbeamtransferlayeroftallbuildingsdosomeresearchandanalysis,thespecificcontentsareasfollows:1.Selecttheappropriateengineeringpractice,combinedwithitsstructuralconstructionplans,theestablishmentoftheengineeringcalculationmodelinstanceinIII 成都理工大学硕士学位论文high-risebuildingstructuralanalysissoftwareETABS,adynamicanalysisofthestructureoftheproposeduseofmodalresponsespectrumanalysis,obtainedbycomputationalanalysisPerformancedatastructure:Structurefrombetweenvibrationperiod,floordisplacement,theelasticlayerdisplacementangle,shearfloortostudythedynamiccharacteristicsoftheearthquakeinthebi-levelaction,andgetrelevantlaws;2.Selectthreeseismicwaves(bothnaturalwave,anartificialwave)asatesttableinputaccelerationusingtimehistoryanalysisstructurelineardynamicanalysisofstructureinthethreeseismicwaveseachvertexdisplacement-timecurveandthebaseshearforce-timecurve,comparativestudyofitstimecurvevariationoftheresponsespectrumanalysisresultscomplementandconfirm,andtimehistoryanalysisresultsobtainedwiththeresponsespectrumanalysisresultswerecomparedaccordingtoregulatoryrequirements;3.Basedontheanalysisofengineeringexamples,tochangeitspositionconversionlayerdisposedfloors(increasedsequentiallyfromthethirdtothefourthfloor,five),createthreedifferentengineeringcalculationmodel,comparativeanalysisofthestructureofperformancedata(period,displacement,stiffness,shear)changes,thedrawrelevantlaw.Afterthestudy,comparativeanalysisofthreeengineeringcalculationresultsobtainedthefollowingconclusions:1.Sincethevariationofthestructureoftheoscillationperiodis:conversionlayertosettheheightrise,showinganaturalcycleofgrowthtrend.NoteConversionlayerprovidedthehigherfloors,thelowertheoverallstiffnessofthestructure.Andone,two,threemodesforthehorizontalearthquakeplayedamajorroleincontrol,astheheightincreasesconversionlayerthathighermodesofactionwillbecomeclear;2.Thevariationoftheinterlayerdisplacementstructureisasfollows:settheheightincreaseconversionlayer,layerdisplacementshowinggrowthtrend.Andinthevicinityoftheconversionlayerwillbedifferentdegreesofdriftmutation,whichiscausedbytworeasons,oneframesupportpartialconversionlayerbelowthefloorbiggerthantheupperpartofthestory,andthesecondfortheframeconversionlayerbelowsupportpartsofterthanthesuperstructure;3.Thevariationbetweentheelasticlayerstructuredisplacementangleis:highlyelevatedconversionlayerisdisposedbetweenthedriftangleshowingtherise,andthemaximumdisplacementanglebetweenthelayerswillappearfloorconversionlayerisIV AbstractprovidedwithahighdegreeofincreaseAnddown.Inaddition,theinterlayerdisplacementanglecurveinthevicinityoftheconversionlayerwillbea"turningpoint",indicatingthatthestiffnessconversionlayerupperandlowerfloorsofthestructure,thereissomediscontinuitybenefitchanges;4.Shearcomparethreemodelsshowfloor,theupperandlowershearwallstructureoftheframestructureofthetransferoftheshearlayerbothbeenminormutations,whichshowstheverticalstructureduetoinconsistenciesintheconversionoftheduegenerateincreasedstiffnessincreasesshear.Youcanalsoseethebaseshearstructuredecreaseswithincreasingconversionlayersetposition,whichisduetostructuralrigiditytoreduceearthquakebymakingsmaller,therebyreducingthebaseshear;5.ThemaximumtopdisplacementpeakthreeengineeringmodelsareproducedattheT2waves,indicatingT2waveseismiceffectforthethreemodelsmorestrongly;6.Thebaseshearforce,theresponsespectrummethodandtimehistoryanalysisoftheresultsofanalysisisdifferent,thisisbecausetheroleofthedifferenteffectsofseismicwaveswithabuildingstructureisdifferent,sotheresultisdifferent,buttheresultsarecontrolledwithinarangeof65%and80%limitsoftwospecifications.DisplacementbetweenfloorsandlayerdisplacementanglecomparisonshowedtheresultsandreactionintheRGspectrumofseismicwavesnearthetopoftheresults(3%orless),theresultsundertheT2responsespectrumofseismicwavesandtheresultisclosetothelowest.Keywords:High-risebuildingTransferfloorSeismicperformanceSpectrumanalysisTimehistoryanalysisETABSV 目录目录第1章绪论.................................................................................................................11.1选题依据与研究意义............................................................................................11.2国内外研究现状....................................................................................................31.2.1转换层结构理论发展研究..........................................................................31.2.2转换层结构物理试验研究..........................................................................51.2.3转换层结构数值模拟研究..........................................................................61.3主要研究内容及技术路线....................................................................................71.3.1主要研究内容..............................................................................................71.3.2技术路线......................................................................................................8第2章梁式转换层设计要点及其工程应用.......................................................102.1基本形式及其受力特点......................................................................................102.1.1托梁转换与托柱转换................................................................................102.1.2转换梁受力特点........................................................................................112.2结构的内力计算..................................................................................................132.2.1杆系模型....................................................................................................132.2.2有限元模型................................................................................................142.3设计要点与构造要求...........................................................................................152.3.1转换梁的设计要点与构造要求................................................................152.3.2转换柱的设计要点与构造要求................................................................162.3.3框支梁上部剪力墙的设计要点与构造要求............................................182.3.4落地剪力墙的设计要点与构造要求........................................................192.4梁式转换层的工程应用......................................................................................212.4.1珠海天朗海峰国际中心.............................................................................212.4.2上海佳成大厦.............................................................................................232.4.3国内主要工程实例.....................................................................................242.5本章小结...............................................................................................................25第3章结构有限元理论及工程模型的建立.......................................................263.1ETABS简介...........................................................................................................263.2结构动力分析原理..............................................................................................263.3分析方法..............................................................................................................273.3.1模态分析....................................................................................................273.3.2反应谱分析................................................................................................283.3.3弹性时程分析............................................................................................303.4工程实例与模型建立..........................................................................................343.5本章小结...............................................................................................................39i 成都理工大学硕士学位论文第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析...................................................404.1转换层高度对于结构自振周期的影响..............................................................414.1.1自振周期数据............................................................................................414.1.2自振周期结果分析....................................................................................434.2转换层高度对于结构水平位移的影响..............................................................464.2.1层间位移数据及结果分析........................................................................474.2.2弹性层间位移角数据及结果分析............................................................504.2.3楼层位移数据及结果分析........................................................................534.2.4结构的水平变形参数总结.........................................................................554.3转换层高度对于结构楼层剪力的影响..............................................................574.3.1楼层剪力数据及结果分析........................................................................574.3.2剪重比数据及结果分析............................................................................594.4转换层高度对于等效刚度比的影响...................................................................614.5本章小结...............................................................................................................62第5章基于时程分析法对结构的抗震分析.......................................................645.1地震波的选取......................................................................................................655.2时程分析下的结构顶点位移..............................................................................675.2.1模型一结构顶点位移时程分析................................................................675.2.2模型二结构顶点位移时程分析................................................................705.2.3模型三结构顶点位移时程分析................................................................725.2.4三个模型顶点时程位移对比分析............................................................755.3时程分析下的结构基底剪力..............................................................................785.3.1模型一结构基底剪力时程分析................................................................785.3.2模型二结构基底剪力时程分析................................................................805.3.3模型三结构基底剪力时程分析................................................................825.3.4三个模型基底剪力时程结果对比分析....................................................835.4时程分析与反应谱分析结果对比......................................................................875.4.1两种工况下底部剪力值对比....................................................................885.4.2两种工况下楼层位移对比........................................................................895.4.3两种工况下弹性层间位移角对比............................................................945.5本章小结..............................................................................................................99结论.....................................................................................................................101致谢.....................................................................................................................104参考文献.............................................................................................................105攻读学位期间取得的学术成果...........................................................................107ii 第1章绪论第1章绪论1.1选题依据与研究意义人类文明进入到现代工业文明后，随着经济的不断发展，技术的不断提高，人们对建筑的功能要求也变得越来越高，可以明显地发现，现代化的建筑体量愈来愈大，高度愈来愈高，跨度也是不断增大。自上个世纪七十年代开始，在我国，高层建筑如雨后春笋般迅速兴建于全国各地[1]。而对于高层建筑的空间需求，也是逐渐由早先的单一化建筑（商、住分离）向着多功能、多用途的综合性建筑（商、住、办公一体化）演变，业主经常会要求建筑师能够提供一个多功能的建筑设计方案，以谋求经济利益最大化，常常就会要求建筑物沿高度方向进行功能分区，也即是在建筑物下部楼层布置为商业或者娱乐区域，建筑物中间楼层布置为办公区域，上部楼层布置为居住区域。这样的设计要求，从建筑功能上来讲，建筑物上部属于小空间，而下部属于大空间[2]。另一方面，从结构合理布置的角度来看，通常高层建筑结构楼层越靠下受到的力就越大，就要求下部结构刚度大，所需要的竖向受力构件就较多；结构上部的受力相对较小，竖向受力构件就可以逐渐减小。而对于下部结构来说，竖向受力构件越多就越侵占建筑物的使用空间，竖向受力构件越少，建筑的空间利用率就越高。在建筑功能的要求确定的情况下，结构在布置的时候就不能满足上述要求，使得二者相冲突。那么，为了满足这样的建筑功能要求，在结构布置的时候，针对下部楼层，就需要尽可能少的布置竖向构件，所以需要采用刚度较小间距较大的框架柱作为竖向构件，针对上部楼层，就需要尽可能的提高其刚度，所以布置间距相对较密的剪力墙作为竖向构件。为了实现这种布置，部分竖向构件（剪力墙）由于不能落地就需要支撑在水平构件（梁）上，这样就会形成一个大跨度的水平转换构件，也即是上部的剪力墙墙肢需要布置在水平的受力构件上。通常情况下，转换构件由于要具备足够的刚度而截面尺寸很大，需要占据一层或几层楼高，而所谓的转换层就是用来布置转换构件的楼层，设置了转换层的这种高层建筑就称为带转换层的高层建筑结构。作为转换层，其最主要的功能是传递竖向荷载。目前，梁式转换、空腹桁架式转换、斜杆桁架式转换以及箱形和板式转换,这五种转换结构形式是最为常见和应用最广泛的转换形式。（如图1.1所示）为了能够承受住上部传来的较大的荷载，梁式转换结构的转换大梁就需要很1 成都理工大学硕士学位论文大的截面尺寸来满足这个需求（通常梁的截面高度可以达到一米以上）。这种转换结构可应用非常广泛，基本上可以应用于每一种结构形式中去。梁式转换层结构因其具备传力直接、传力路径明确以及便于计算等优点，作为国内外转换层设计的主要形式而备受众多结构工程师的青睐。（a）梁式（b）斜腹桁架（c）空腹桁架（d）厚板式（e）箱型式图1.1转换结构的形式从另一方面来讲，由于转换大梁的截面尺寸大，导致其刚度大，转换梁和框支柱就极有可能会形成对抗震不利的“强梁弱柱”，并且过大的截面高度还会侵占楼层的使用高度，很容易产生应力集中现象，局部受力偏大，对结构的受力合理性造成了阻碍。2 第1章绪论在高层建筑结构的众多形式中，带转换层的结构形式是其中较复杂的一种高层建筑结构形式，在《高规》中更是直接把带转换层的结构形式划分为复杂高层建筑[6]，由于这种结构形式能够兼顾底部大空间与上部小空间共存的建筑功能要求，所以得到了广泛的应用。为了获取底部大空间，底部竖向构件需要采用框架柱或者框架柱与落地剪力墙相结合的形式，与上部的纯剪力墙作为竖向构件相比，刚度产生了变化，所以转换层的位置即为整体结构刚度变化的位置，这种布置方案就必然导致上下刚度不一致，从而对于结构抗震带来不利影响。而转换层布置的位置不同也会对结构的受力带来一系列的影响，通过对比研究设置在不同位置转换层对结构的整体受力分析可以得出最佳的转换层布置位置，给这类高层建筑结构设计提供帮助。所以，转换层的设置高度以及底部落地剪力墙的布置情况，是结构安全性与技术经济合理性的关键问题。可以说，功能多样化的高层建筑形式是现代市场发展下的必然选择[3-5]，而要想完成建造多功能高层建筑这一目标，转换层结构就是一个很好的实现途径，这使得转换层在高层建筑结构设计中成为了结构工程师们的选择。本文旨在通过研究梁式转换层在高层结构设计中的理论基础以及工程实际应用情况，在此基础上，依据工程实例对梁式转换层结构的抗震性能进行研究，希望在研究成果基础上为结构设计提出一些有用的建议。1.2国内外研究现状1.2.1转换层结构理论发展研究转换层结构的最早是应用于底层大空间剪力墙结构，其目的是为了加强底部柔性结构的刚度，对于转换层的研究，国外开展的较早，形成了比较全面的理论体系。早在20世纪30年代，德国学者Matel[8]就提出了柔性底部大空间结构的概念，这种结构就是为了获取底部空间的灵活布置而把建筑底部的钢筋混凝土墙改为钢筋混凝土柱的一种结构形式，这种概念可以算是转换层概念的起源。这一结构形式在20世纪中期发展比较迅速，可是在随后的南斯拉夫贝尔格莱德地震[9]、保加利亚布加勒斯特地震和年苏联格鲁吉亚地震中[10]，采用了这种结构形式的建筑物均产生了较大的破坏。经过地震的考验,发现这类房屋由于上下刚度不均匀，导致刚度突变，对抗震性能影响很大[48-50]。相比于国外，我国对于转换层的研究比较晚，研究起步于20世纪70年代，最早的实验研究是在上海对一栋13层的上部剪力墙、下部框架的住宅进行了一系列的实验研究和数值分析。近年来，对于转换层的研究取得了很多成果也变得3 成都理工大学硕士学位论文愈加广泛。上世纪90年代左右，根据对框支剪力墙结构进行的一系列有限元分析和工程实践，获取了可靠的设计依据以及对这种结构形式的受力特点有了比较系统的认知，我国把框支剪力墙结构列入了《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)，《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)，《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ3-91)[46]。根据资料研究可知，我国从最早开始使用的底部大空间剪力墙结构到现在，梁式转换层的应用是最广泛的，这是因为梁式转换层的形式简单、传力直接、受力性能好这些优点。近几年，不少高校、设计院、研究院等对各类转换层结构的静力和动力性能做了大量的试验研究和理论分析工作。如刘劲松[26]对带高位大跨度钢桁架转换层型钢混凝土框架-剪力墙结构的抗震性能问题，进行了整体模型振动台试验研究和有限元理论计算，进一步揭示了带高位大跨度钢桁架转换层型钢混凝土框架-剪力墙结构的抗震性能和响应规律。唐兴荣等[27]提出了带弹性转换层高层建筑结构的动力分析模型，较好的模拟了带弹性转换层高层建筑结构的弹塑性地震反应。中国建筑科学研究院、清华大学、东南大学等结合实际工程对带转换层的高层建筑结构（梁式转换层、桁架转换层、箱型转换层、板式转换层、搭接柱转换、斜撑转换以及巨型框架结构等新型抗侧力构建）进行了静力试验、拟动力试验和振动台试验研究和理论分析，得到了许多设计建议，例如《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）对带转换层结构的相关规定在原有的基础上做了补充说明，规程的规定并且拓展到了底部托墙转换层的剪力墙结构和底部带托柱转换的筒体结构。对于转换层的未来发展，目前主要有这么几个方面，一是可以通过改变转换构件的材料来提高承载力。可以通过采用新型混合材料来代替原有的钢筋混凝土材料，如钢骨混凝土。使用钢骨混凝土作为转换构件的材料，可以有效提高梁的承重能力、耐久性、刚度等结构性能，使得可以大大减小梁的截面尺寸，如新加坡I.B.M大厦[47]，所设置的大梁就是采用预应力钢骨混凝土。据唐兴荣的研究表明，相对于普通混凝土深梁，使用空间钢构件的混凝土深梁其受剪承载力和变形能力都得到很大的提高。另外，还有采用预应力混凝土转换层，如北京市人民检察院大楼就在第二层设置了一根24米长的预应力混凝土大梁。另一方面主要是通过改变转换层的结构形式，可以有拱式转换层、宽扁梁转换层、桁架式转换梁等受力性能更好的结构形式，如南京新世纪广场工程[53]，在第六层和第七层之间，沿着外框筒设置了4榀七米高的巨型转换桁架。通过近几十年对于转换层的研究，我国已经取得了一些成果，主要体现在对于《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）上对转换层部分要求的补充和4 第1章绪论完善。但是目前的研究并没有形成系统的理论，这方面需要对更多的工程实例进一步的分析、研究，尤其是要要针对具有不同转换构件的高层建筑结构进行抗震性能方面的研究。1.2.2转换层结构物理试验研究关于框支剪力墙的物理试验研究主要是从上个世纪70年代初期开始，为了研究关于框支剪力墙结构的新算法，D.R.GREEN建立框支剪力墙结构有机玻璃模型（试验模型为160mm宽，450mm高，底层为单跨的框支剪力墙），主要研究试验模型在竖向荷载作用下的结构性能，并根据模型的试验结果提出将框支剪力墙结构作为拱来计算的新方法[11]，由此为框支剪力墙结构的计算方法取得了新突破。随后国内外开展了一系列的物理试验对框支剪力墙进行了研究，具体如下表：表1-1转换层结构的物理试验研究年份表年份（年）研究成果L.Gerny对一框支剪力墙结构进行了光弹性模型试验，该框支结构底层为框1974架、上部为双肢剪力墙，试验结果表明，其模型试验结果与采用有限元方法计算得出的应力基本保持一致[12]。中国建筑科学研究院[18]，进行了12层住宅模型(1:6)输入地震波的拟动力实验，1981~1983通过试验与有限元分析比较,探讨了在竖向荷载、水平荷载作用下框支剪力墙的应力，并且在大连建成了一栋15层高的住宅楼。PrasadaRao、K.N.V.Seetharamulu.K.研究了错列墙板在水平荷载作用下三种布置方式的受力情况，其中错列墙板的设置与楼层等高、开间等宽，根据试验结1983果得出下面结论：在错列墙板结构中，结构的侧向位移可以通过墙板位置的合理布置和尺寸的合适选择使其保持在合适的范围内[13]。中国建筑科学研究所对一12层底部大空间上部鱼骨式剪力墙结构模型进行了1984~1986(1:6)输入地震波的拟动力实验。魏琏、王森等人通过对一个三榀转换梁试验以及对不同转换层位置的转换层结2001构的抗震性能和受力特点进行研究，对和转换梁有共同作用的下部墙体的受力特点进行了研究，并提供了支承不同墙体的转换梁结构的设计方法[20][21]。Londhe、R.S通过对带梁式转换的结构进行试验研究，根据试验结果得出：转2008换梁配置钢筋的数目、位置对结构的影响很大，并且根据实验结果推导出了关于转换梁的抗剪承载力计算公式[17]。5 成都理工大学硕士学位论文1.2.3转换层结构数值模拟研究针对带转换层结构，国内外做了很多相关的数值模拟试验，既有针对整体性能的研究，也有针对某个变量的研究，具体如下：1991年，Syngellakis、S.Younes，I.采用梁单元建立结构模型，运用矩阵转换技术将框架结构的横向、竖向受力构件单元归并到竖向构件单元，并且最终合并为一个计算公式，这种框架剪力墙结构的计算分析方法合理缩短了计算时间，更为实用。通过对框架剪力墙结构进行了自由振动分析和线性静力分析，分析结果表明该方法有足够的计算精度[14]。1996年Kuang、J.S.puvvala、Jawaharlal在考虑两跨带梁式转换层剪力墙结构内、外部柱作用的影响下，研究分析了结构的受力性能以及转换梁与剪力墙两者的相互作用，研究结果说明：上部结构的受力形式与普通受弯梁相似，转换梁的失效机制受其影响较为明显；此外，研究还表明结构的受力特点以及转换梁的传力机制也受到转换梁跨高比、剪力墙长度、柱刚度等相关参数的影响[15]。2000年，徐培福、王翠坤、郝锐坤[19]运用有限元分析软件，以转换层设置位置为控制变量，通过改变转换层设置位置来研究结构的性能，得到了如下结论：a.对于这种结构形式，结构的侧向刚度比是一个重要的控制指标；b.转换层位于结构的前三层时，可以只通过剪切刚度比来判断结构刚度变化的均匀性；c.当转换层设置高度超过三层后，就需要利用等效侧向刚度比来判断结构刚度的变化情况。2003年，Li、Su、Chandler[16]运用有限元分析软件针对带低位转换层的框架结构进行了抗震性能分析计算，分析时采用了反应谱分析法和Pushover分析法，得到如下结论：a.带低位转换层的结构有着较好的抗震性能，转换层上下刚度控制比较容易；b.其层间位移角的最大值会出现在中部楼层以及转换层以下的楼层；c．判断结构的薄弱楼层时要综合考虑所有影响因素，不能只考虑结构总高度和转换层设置位置。2003年，黄勤勇、吕西林[22]以落地剪力墙墙体厚度为控制变量，改变其落地剪力墙厚度以此来改变下部刚度，得到了如下研究结果：a.等效刚度比更能真实准确的体现结构上下刚度的变化均匀性；b.结构的自振周期和位移随着落地剪力墙的增厚而变小。2004年，陈超云,傅学怡[24]运用SPA2000对多个框支剪力墙结构模型进行分析，在分析时，以转换梁的截面型式为控制变量，得到了如下结论：6 第1章绪论a.转换梁由高粱分别变为中梁、扁梁时，结构自振周期有小幅度的增长；b.转换梁由高粱分别变为中梁、扁梁时，转换梁、框支柱、剪力墙三者之间的约束力在减小，使得转换梁延性增加；c.在设计框支剪力墙结构时，采用梁式转换这种形式是比较合理的。2006年，沈蒲生、刘杨[25]以落地剪力墙的布置方案为变量，研究了不同布置方案下结构的抗震性能，得到了如下结论：a.采用框支剪力墙结构形式时，需要在转换层以下的框支部分布置一定数量的落地剪力墙来满足结构的安全性要求；b．结构的总高、框支部分层高、剪力墙部分层高都会对落地剪力墙布置方案产生影响。2008年，雍军、周振、余海[23]针对带梁式转换层的建筑结构进行了有限元分析，得到了如下结论：a.在对此类结构进行设计时，转换层的设置高度和转换层上下楼层等效刚度比是至关重要的控制条件；b.落地剪力墙的布置方案对结构的安全性也有着极为重要的作用。1.3主要研究内容及技术路线1.3.1主要研究内容作者在阅读和参考了国内外近些年的参考文献后，在对带梁式转换层高层建筑结构计算理论和分析方法有了一定的研究基础上，针对带梁式转换层的高层建筑，选取典型的工程实例并运用高层建筑结构有限元结构分析软件ETABS，对该工程实例进行抗震性能分析。本文重点在于研究转换层设置高度变化对于带梁式转换层框支剪力墙结构的抗震性能的影响，结构分析所采用的方法为振型分解反应谱分析法和线弹性时程分析法。主要研究手段是通过结构有限元分析软件ETABS建立模型，通过改变转换层设置高度建立不同的结构模型，得到不同模型各自的结构性能参数来进行对比分析，得出转换层以及结构下部刚度对于整体结构的抗震影响的一般性规律，从而能够基于以上研究结果进一步对于此类型结构设计提出一些优化设计意见。主要的分析内容如下：（1）选取合适的工程实例，结合其结构施工图，并在高层建筑结构分析软件ETABS中建立该工程实例的计算模型，利用振型分解反应谱分析法对结构进行拟动力分析，通过计算分析得到的结构性能数据：结构自振周期、楼层位移、弹性层间位移角、楼层剪力，来研究结构在双向水平地震作用下的动力特性，并7 成都理工大学硕士学位论文得到相关规律；（2）选取三条地震波（两条天然波、一条人工波）作为试验台面加速度输入，利用时程分析方法对结构进行线性动力分析，得到结构在三条地震波作用下各自的顶点位移时程曲线和基底剪力时程曲线，对比研究其时程曲线变化规律，对反应谱法分析计算结果进行补充与印证，并将时程分析法所得到的计算结果与反应谱法分析计算结果依据规范要求进行对比；（3）基于对工程实例的分析，改变其转换层设置位置的楼层（由第三层依次升高至第四、五层），建立三个不同的工程计算模型，对比分析其结构性能数据（周期、位移、刚度、剪力）的变化情况，得出相关律。综合上述分析，从而得出一些关于转换层位置改变对于结构受力性能影响的一些普遍规律，进而提出一些带梁式转换层框支剪力墙结构的优化设计建议。1.3.2技术路线8 第1章绪论理论基础带梁式转换层高层建筑结构基本理论相关文献阅读转换层资料收集工程实例选取带梁式转换层建筑结构建模分析数建模参数选取模型的建立与设计建模分析条件及方法建模分析数据整理值模拟三个模型计算分析基于反应谱的分析基于时程分析法的分析数据整理分析数据整理结构结构层间结构楼层结构顶点结构基底周期比位移角位移位移剪力对比分析结果分析转换层对于结构转换层对于结构转换层对于结构位移角的影响刚度的影响顶点位移的影响结论图1-2技术路线图9 成都理工大学硕士学位论文第2章梁式转换层设计要点及其工程应用2.1基本形式及其受力特点2.1.1托梁转换与托柱转换在通常情况下，为了满足建筑物对于大空间的使用功能的要求，在做结构设计的时候可以有两种解决方式。第一种方式为托墙转换，这种方式是针对剪力墙结构，可以在需要更大空间的楼层开洞来获取大空间，这样就形成了大家熟悉的框支剪力墙结构，即建筑结构的上部为剪力墙结构，下部为框架结构，那么上部的剪力墙就可能会不能全部落地，所以就需要在中间楼层位置设置转换梁，由于其结构转换层主要承担上部剪力墙墙肢传递的力，固也可以称作托墙转换，图2-1列出了常见的几种托墙转换形式。此时，结构上部传递来的荷载主要由三个部分（框支柱、转换梁、落地剪力墙）共同承担。图2-1托墙转换形式示意图第二种方式为托柱转换，这种方式主要是针对框架结构，通过在相应楼层去掉几根柱以此来形成大空间，这样上部部分框架柱就不能全部落地，这时就需要进行结构转换，即托柱转换，其具体形式如图2-2所示。10 第2章梁式转换层的设计要点与工程应用图2-2托柱转换形式示意图2.1.2转换梁受力特点从建筑的角度来讲，这两种不同的转换结构形式都可以实现底部大空间的建筑功能要求，同时又具有上部部分结构构件不能落地的共同特点，但在受力特征上是不同的。其中，托墙转换其受力为上部剪力墙墙肢传递下来的力通过均布荷载的形式作用在转换构件上，其受力示意图如图2-3所示；而托柱转换受力为上部框架柱传递下来的力以集中力的方式作用在转换构件上，其受力情况如图2-4所示。图2-3托墙转换梁结构内力图2-4托柱转换梁结构内力本文主要针对第一种形式进行抗震分析。研究表明，在竖向的荷载作用下，应力的分布分两种情况。第一种是在均布荷载作用下竖向应力分布均匀，水平应力近似等于零，这种情况产生于距离框支梁ln以外距离的上部墙体中，其竖向应力不受底部框架的影响；第二种是在ln范围以内，其竖向应力要受到下部框架结构的影响，这是由于上部墙体与框架梁共同作用而产生了类似“拱效应”，如图2-5所示。11 成都理工大学硕士学位论文图2-5上部剪力墙内垂直应力分布对于第二种情况，竖向的应力沿着拱的作用线向框支柱的上方集中，并且在框支梁部分会产生一定大小的轴力。因此，框支梁与普通框架梁的主要区别就在于，普通框架梁是受弯构件，没有轴力，弯矩全部来自于竖向荷载；而框支梁是受拉构件，竖向荷载会分别提供弯矩与轴向拉力，如图2-6所示，所以弯矩较普通框架梁小。其弯矩轴力分布如图2-7所示。图2-6托墙转换梁受力机理12 第2章梁式转换层的设计要点与工程应用图2-7支撑框架的弯矩分布2.2结构的内力计算2.2.1杆系模型按照杆系模型分析时，是把剪力墙墙肢看作柱单元，转换梁当作一般梁杆模型来处理，其计算简图如图2-8所示，并且计算时不考虑转换梁与上部墙体的共同作用。但是，由于杆系模型与转换梁的受力变形理论不同，并且杆系模型结构计算简图与实际传力路径不同的因素，导致按照杆系模型计算出来的内力往往是异常的。因此，需要重新构建计算简图，以正确反映结构的实际受力路径，其修正模型如图2-9所示。修正后，得出的内力的计算精度是可以符合设计要求的。图2-8转换梁的杆系模型13 成都理工大学硕士学位论文图2-9转换梁的修正杆系模型2.2.2有限元模型按照有限元模型进行分析时，要注意其分析范围、网格的划分、荷载的选取以及约束条件的简化几个问题，其具体要求如表2-1所示。表2-1有限元模型的建立相关要求分析过程具体要求计算简图可取转换梁附近净跨ln范围内的墙体和下部一层结构作为分有限元分析范围析模型远离转换梁的墙体划分粗些；转换梁附近的墙体的网格划分细些以精单元网格划分确模拟墙体与转换梁之间的复杂关系；墙体开洞的部位由于应力集中也应该细分；转换梁、柱由于尺寸相对较小，应力变化幅度大，也应该细分。竖向荷载：计算简图顶部的墙体上的竖向荷载为该层上部垂直荷载的累计值，其余层的竖向荷载为各自层的垂直荷载，如图2-10a所示。水平荷载：计算简图顶部的墙体上的剪力为该层的水平节点荷载，此计算荷载选取层墙体的弯矩换算成三角形分布的垂直荷载作用在计算简图顶部的墙体上，其余层则作用相应的水平节点荷载，其数值取本层墙体剪力与上层墙体剪力之差，如2-10b所示。下部结构支柱下端的约束条件对于转换梁的计算结构有较大影响，其支撑约束条件简化约束类型的选取与转换梁下部框支层数有关。一般情况下，转换梁下部框支层数为一层时，考虑下部取为固接，其他情况取为铰接。14 第2章梁式转换层的设计要点与工程应用（a）竖向荷载（b）水平荷载图2-10计算荷载2.3设计要点与构造要求2.3.1转换梁的设计要点与构造要求（1）转换梁的设计要点[6]a.结构设计相关规范对于转换梁的相关设计具体要求如下：表2-2转换梁设计要点表序号设计要点转换梁的截面高度h应该大于或者等于1/8跨长。托柱转换梁截面宽度不应小于要点一其上所托柱在梁宽方向的截面宽度。框支梁截面宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，且不宜小于其上墙体截面厚度的2倍和400mm的较大值。转换梁不宜开洞。若必须开洞时，洞口边离开支座柱边的距离不宜小于梁截面高要点二度；被洞口削弱的截面应进行承载力计算，因开洞形成的上、下弦杆应加强纵向钢筋和抗剪箍筋的配置。b.转换梁截面组合的剪力设计值应符合下列规定：持久、短暂设计状况ܸ0.20ߚ݂ܾ݄బ(2-1)15 成都理工大学硕士学位论文地震设计状况ܸሺ0.20ߚ݂ܾ݄ሻ/ߛோா(2-2)式中：Vb——托墙转换梁端部剪力的设计值；b、݄——分别为托墙转换梁截面宽度、截面有效高度；బfc——托墙转换梁混凝土轴心抗压强度设计值；γRE——托墙转换梁受剪承载力抗震调整系数，取0.85。（2）转换梁的构造要求[6]结构设计相关规范对于转换梁的相关构造要求主要是针对最小配筋率、箍筋以及腰筋提出了一些要求，其具体要求如下：a.转换梁上、下部纵向钢筋的最小配筋率应该符合表2-3的要求表2-3最小配筋率抗震等级非抗震设计特一级一级二级最小配筋率（%）0.60.50.40.3b.距离柱边1.5倍梁截面高度范围内的梁箍筋应加密，加密区箍筋直径不应小于10mm、间距不应大于100mm。加密区箍筋的最小面积配筋率应符合表2-4要求。表2-4加密区箍筋的最小面积配筋率抗震等级非抗震设计特一级一级二级最小配箍率1.3ft/fyv1.2ft/fyv1.1ft/fyv0.9ft/fyvc.偏心受拉的转换梁的支座上部纵向钢筋至少应有50%沿梁全场贯通，下部纵向钢筋应全部直通到柱内；沿梁腹板高度应配置间距不大于200mm、直径不小于16mm的腰筋。2.3.2转换柱的设计要点与构造要求（1）转换柱的设计要点[6]16 第2章梁式转换层的设计要点与工程应用a.结构设计相关规范对于转换柱的相关设计具体要求如下：表2-5转换柱设计要点表序号设计要点转换柱的设计要秉承“强柱弱梁、强剪弱弯”的设计概念，对于转换柱的柱端弯矩应予增大对于转换柱的设计，由《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ-2010）要点一可知：柱截面宽度，非抗震设计时不宜小于400mm，抗震设计时不应小于450mm；柱截面高度，非抗震设计时不宜小于转换梁跨度的1/15，抗震设计时不宜小于转换梁跨度的1/12。转换柱由于其对于延性更高的要求，对于轴压比的要求如下，抗震等级一级时：要点二混凝土等级≤C60，轴压比不得超过0.60；C65~C70，0.55；C75~C80，0.50。抗震等级二级时：≤C60，0.70；C65~C70，0.65；C75~C80，0.60。（余同）b.转换柱截面组合的剪力设计值应符合下列规定：持久、短暂设计状况ܸ0.20ߚ݂ܾ݄(2-3)地震设计状况ܸሺ0.15ߚ݂ܾ݄ሻ/ߛோா(2-4)式中:V——框支柱端部剪力的设计值；b、݄——分别为框支柱截面宽度、截面有效高度；fc——托墙转换梁混凝土轴心抗压强度设计值；ߛோா——托墙转换梁受剪承载力抗震调整系数，取0.85。（1）转换柱的构造要求[6]a.纵向钢筋转换柱柱内的纵向钢筋应该符合《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）的规程要求，主要为限制最小配筋率，其具体要求见表2-6：表2-6转换柱柱内纵筋最小配筋率柱类型抗震等级非抗震一级二级三级四级框支柱1.10.9——0.7b.箍筋由《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）对于转换柱箍筋的要求可知：抗震设计时，转换柱箍筋应该采用复合螺旋箍或者井子复合箍，并应沿柱全17 成都理工大学硕士学位论文高加密，箍筋直径不应小于10mm，箍筋间距不应大于100mm和6倍纵向钢筋直径的较小值。抗震设计时，转换柱的箍筋配箍特征值应该比普通框架柱要求的数值增加0.02采用，且箍筋体积配箍率不应该小于1.5%。2.3.3框支梁上部剪力墙的设计要点与构造要求（1）上部剪力墙设计要点[6]a.针对上部剪力墙的布置应该力求保证其空间的整体性及延性，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）规定剪力墙墙肢的轴压比应该满足表2-7、表2-8的要求。表2-7底部加强部位墙肢轴压比限值抗震等级一级（9度）一级（6、7、8度）二、三级轴压比0.40.50.6表2-8其他部位墙肢轴压比限值抗震设计轴压比非抗震设计一级二级三级N/fcAc0.50.60.650.7b.配筋计算时，框支梁上一层墙体应该采用壳体单元模型进行应力分析，并按照应力进行配筋设计，可根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）提供公式进行计算，公式如式2-5、2-6、2-7所示：柱上墙体的端部竖向钢筋:ܣ௦ൌ݄ܾ௪ሺߪଵെ݂ሻ/݂௬（2-5）柱边0.2ln宽度范围内的竖向分布钢筋：ܣ௦௪ൌ0.2݈ܾ௪ሺߪଶെ݂ሻ/݂௬௪（2-6）框支梁上方的0.2ln宽度范围内的横向水平钢筋：ܣ௦ൌ0.2݈ܾ௪ߪ௫.௫/݂௬୦（2-7）18 第2章梁式转换层的设计要点与工程应用式中：ln——框支梁净跨；hc——框支柱截面净高；bw——框支柱上部剪力墙厚度；σ01——柱上墙体在hc范围内，考虑风荷载、地震作用组合的平均压应力设计值，σ01=（σ1+σ2）/2；σ02——柱上墙体在0.2ln范围内，考虑风荷载、地震作用组合的平均压应力设计值，σ02=（σ2+σ3）/2；σx,max——框支梁与墙体连接面上考虑风荷载、地震作用组合的平均压应力设计值，σ02=（σ2+σ3）/2；fc——上部剪力墙混凝土抗压强度设计值；fy、fyw、fyh——上部剪力墙柱上墙体竖向钢筋、竖向分布钢筋、水平分布钢筋抗拉强度设计值。有地震作用组合时，σ01、σ02、σx，max均应乘以γRE，γRE取0.85。（2）上部剪力墙的构造要求[6]由《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）知，上部剪力墙应符合下列构造要求：部分框支剪力墙结构中，剪力墙底部加强部位墙体的水平和竖向分布钢筋的最小配筋率，其最小配筋率见表2-9。且抗震设计时钢筋间距不应大于200mm，钢筋直径不应小于8mm。表2-9底部加强部位分布钢筋最小配筋率抗震设计非抗震设计最小配筋率（%）0.30.25当梁上部的墙体开有边门洞时，洞边墙体宜设置翼墙、端柱或加厚；当洞口靠近梁端部且梁的受剪承载力不满足要求时，可采取框支梁加腋或增大框支墙洞口连梁刚度等措施。2.3.4落地剪力墙的设计要点与构造要求（1）落地剪力墙的设计要点[6]a.结构设计相关规范对于落地剪力墙的相关设计具体要求如下：19 成都理工大学硕士学位论文表2-10落地剪力墙设计要点表序号设计要点要点一落地剪力墙底部墙体应该加厚；落地剪力墙的洞口宜布置在墙体的中部。要点二非抗震设计时，落地剪力墙间距L不宜大于3B和36m；抗震设计时，当底部框支层为1至2层时，L不宜大于2B和24m；当底部框支层为3层及3层以上时，L不宜大于1.5B和20m；此处，B为落地剪力墙之间楼盖的平均宽度。要点三一级抗震时轴压比不超过0.45，二级抗震时轴压比不超过0.50，三级抗震时轴压比不超过0.55，非抗震设计时不超过0.60b.落地剪力墙的截面设计值按照下列公式进行校核：持久、短暂设计状况：ܸ0.25ߚ݂ܾ௪݄（2-8）地震设计状况：剪跨比>2.5时ܸሺ0.20ߚ݂ܾ௪݄ሻ/ߛோா（2-9）剪跨比≤2.5时ܸሺ0.15ߚ݂ܾ௪݄ሻ/ߛோா（2-10）式中：V——落地剪力墙最大水平剪力调整组合设计值；bw——水平剪力方向落地剪力墙墙肢厚度；h0——水平剪力方向落地剪力墙的有效高度；fc——托墙转换梁混凝土抗压强度设计值；γRE——托墙转换梁受剪承载力抗震调整系数，取0.85。（2）落地剪力墙的构造要求[6]落地墙体的水平和竖向分布钢筋的最小配筋率，其最小配筋率见表2-11。且抗震设计时钢筋间距不应大于200mm，钢筋直径不应小于8mm。表2-11落地墙体的水平和竖向分布钢筋的最小配筋率表抗震设计非抗震设计最小配筋率（%）0.30.25抗震设计时，落地剪力墙两端及门窗洞口两侧均应设置约束边缘构件；20 第2章梁式转换层的设计要点与工程应用非抗震设计时，落地剪力墙墙肢端部应设置构造边缘构件。2.4梁式转换层的工程应用2.4.1珠海天朗海峰国际中心（1）工程概况及其结构体系[8]图2-12天朗海峰国际中心天朗海峰位于前山桥西、珠海大道和南屏次干道交叉的东南角，容积率：5.2，占地面积17428m2，总建筑面积：130977.32m2（其中住宅约70955.03m2，商业约19702.17m2，地下室约33012.6m2，其它约4407.76m2），为一商住一体化的多功能建筑，由两幢主楼一和裙楼所组成，其中地下3层。地上58层，建筑总高度185m。如图2-12所示。该工程结构计算参数如表2-11所示，主要构件尺寸如表2-12所示。表2-11结构计算参数设计基准期50年抗震设防烈度7度设计基本地震加速度0.1g地震分组第一组抗震设防类别丙类结构安全等级二级场地特征周期0.45s基本风压0.9kN/m221 成都理工大学硕士学位论文表2-12主要构件尺寸表主要构件尺寸表底层筒体剪力墙600mm剪力墙上部筒体剪力墙450mm四周剪力墙800mm柱框支柱1.4m×1.2m型钢转换梁0.6m×1.0m梁混凝土转换梁0.9m×1.0m首层楼板180mm转换层楼板200mm楼板人防顶板250mm标准层板厚100mm（2）结构分析及结果该工程属于超限工程，主要是三个方面的超限，结构主体高度185米超过规范限值120m，结构高宽比7.1超过规范规定的7.0要求，上下楼层质量超过规范允许值150%。针对该结构的实际情况，结构分析主要采用基于性能的抗震设计方法，采用了三种结构分析软件：PKPM、ETABS、PERFORM-3D，其中PKPM与ETABS软件主要针对结构弹性性能进行计算，而PERFORM-3D针对结构的弹塑性性能进行分析。结构的分析结果主要有三个方面的内容：a.多遇地震作用下的结构响应在弹性分析中，采用了两种计算软件：SATWE和ETABS，这样可以对计算结果相互对比，并且选取了7组地震波进行时程分析。弹性分析结果显示，结构在高度方向上并没有明显的刚度突变和剪力突变，说明了结构的各层变形大小时均匀变化的。b.偶遇地震作用下的结构响应偶遇地震分析中，采用了两种计算软件：SATWE和ETABS，选取地震影响系数最大值0.23。分析结果表明，结构在偶遇地震作用下能够基本保持在弹性阶段，其结构承载力能够满足中震弹性性能的要求。c.罕遇地震作用下的弹塑性分析罕遇地震分析中，采用了分析软件PERFORM-3D，选取7条地震波以0o、90o两个方向输入。推覆分析显示，结构的最大弹塑性层间位移角为1/132，能够满足规范的要求，表明在罕遇地震作用下，结构的变形性能达到大震不倒的要求。（3）结构优化措施a.使用高强度混凝土和轻质砖墙材料，以此来构件截面面积和减轻结构自重，22 第2章梁式转换层的设计要点与工程应用减小地震效应；b.加强直接落地的剪力墙来保证转换层的承载能力和刚度，核心筒区域及其四周角部L形剪力墙全部落地。并且，提高其首层混凝土强度等级至C70，加强其墙体厚度至450mm~600mm厚；c.加强框支柱的承载能力和延性，框支柱中部设置由截面面积不小于柱全截面面积的1.0%的附加纵向钢筋形成的芯柱。2.4.2上海佳成大厦（1）工程概况及其结构体系[52]上海佳成大厦为一临街商住楼，如图2-13，地下1层，地上17层，总建筑面积为19600m2。该建筑一至四层为商场，五、六层为办公区域，七至十七层位住宅，转换层位于结构第六、七层。结构体系为部分框支剪力墙结构，框支梁截面为0.8m×1.6m。图2-13上海佳成大厦（2）结构分析级结果该工程抗震设防烈度为7度，结构分析主要采用PMSAP和SATWE进行了弹性静力分析以及弹性时程分析，计算振型15个，考虑双向地震作用和偶然偏心作用。在时程分析部分，选取了上海人工模拟地震波SHW1、SHW2及天津宁河波进行分析，并与SATWE计算结果进行对比。通过分析结果发现，转换层位于第23 成都理工大学硕士学位论文六层比转换层位于第五层额位移曲线，除了突变位置上升一层外，其突变量也更大，说明了高位转换对结构的抗震更为不利。（3）结构优化措施a.为控制转换层上下结构的等效抗侧刚度比符合规范的要求（0.8~1.3），在结构中部把电梯间布置成剪力墙核心筒，并且加大核心筒附近剪力墙厚度；b.楼板在施工的时候采取与梁整体现浇，转换层处楼板设置为250mm厚，其上下相邻一层取150mm厚，其余楼层的楼板取100mm或者120mm厚。c.转换层以下框支部分结构构件采用C40等级混凝土，转换层以上楼层采用C30等级混凝土。2.4.3国内主要工程实例近20年来，基于对于商住一体化的建筑功能要求，我国建成了许多带梁式转换层的高层建筑。可见，带梁式转换层的高层建筑结构形式在我国有着广泛的应用，在表2-13[8]中列出了国内部分带梁式转换层高层建筑及其结构的主要特征数据。表2-13带梁式转换层高层建筑结构的主要特征数据转换序层承托跨度截面尺寸工程名称结构类型层类号数层数（m）（m×m）型1深圳华侨大酒楼29框支剪力墙托墙2212.01.7×2.52北京南洋酒店24框支剪力墙托墙198.01.5×4.8托柱319.60.7×2.53南京状元楼酒楼12框架托墙98.60.6×2.54香港金钟二期工程44框架-筒体梁式389.02.5×4.00.8×2.25上海浦东惠杨大厦22框剪-内筒托墙188.01.0×2.21.4×2.26重庆地王广场40框支剪力墙梁式3010.21.0×2.47广州规划局办公楼12框架托柱118.30.35×0.958武汉天恒大厦22框支剪力墙托柱-14.751.0×4.80.8×1.89郑州曼哈顿广场31框支剪力墙托墙28-1.0×1.810上海时代金融中心46框架-核心筒托柱4610.51.4×3.224 第2章梁式转换层的设计要点与工程应用2.5本章小结本章主要从理论方面介绍了转换层以及带梁式转换层高层建筑的概念，包括了梁式转换层的基本形式和受力特点、梁截面内力的计算方法和设计方法。并且结合现有规范介绍了梁式转换层的设计与构造要求，包括转换梁、转换柱、框支梁上部剪力墙、落地剪力墙的设计与构造要求。并且列举了国内对于梁式转换结构的应用，为后续的工程实例分析提供了理论基础。25 成都理工大学硕士学位论文第3章结构有限元理论及工程模型的建立3.1ETABS简介ETABS[51]，即ExtentedThree-dimensionalAnalysisofBuildingSystems，由美国ComputerandStructureInc.公司研发，专门用于高层建筑结构的有限元分析软件。ETABS至今已有30余年历史，是一款作为设计软件的行业标杆而在全球范围内有着广泛应用的高层结构计算分析软件。ETABS专为高层建筑结构而生，具有地震分析，不同结构的设计，并且还包含有中国国家设计规范，为结构分析与设计提供了便利。目前，ETABS在全球范围内被广泛采用，用其分析设计的著名工程包括了马来西亚双子塔、香港中国银行大厦、上海金茂大厦等。而ETABS中文版由北京金土木软件技术有限公司与美国CSI公司联合研发，在2003年的时候研发成功并且发布，全国各省市的大型设计院、外资设计事务所、高校以及科研机构对此软件有着广泛的使用。本文对于ETABS的应用主要是模型的建立、结构静力分析、结构动力分析。3.2结构动力分析原理结构设计所解决的最主要问题就是安全问题，而制约建筑物安全性的因素是多方面的。其最大的安全隐患来源主要是两个方面，一个是地震，一个是强风，这两点对于高层建筑稳固性影响尤为突出。风荷载与地震荷载是作用在结构上最为典型的两个动力荷载，因此对于结构的分析除了在静力学的层面分析，我们还需要对结构体进行一定程度的动力分析。对于结构的动力分析，可以先从物理学原理出发，建立一个多自由度集中质量系统的动力平衡方程：ܨூሺݐሻܨሺݐሻܨௌሺݐሻൌܨሺݐሻ(3-1)式中：ܨூሺݐሻ——作用在节点质量上的惯性力向量；ܨሺݐሻ——黏滞阻尼力向量或者能量耗散力向量；ܨௌሺݐሻ——结构承担的内力向量；ܨሺݐሻ——外部施加的荷载向量基于动力平衡方程建立一个二阶线型微分方程组，其表达式如下：26 第3章结构有限元理论及工程模型的建立ܯݑሷሺݐሻܥݑሶሺݐሻܭݑሺݐሻൌܨሺݐሻ(3-2)式中：M——质量矩阵；C——一个黏滞阻尼矩阵；K——结构单元系统的静力刚度矩阵；ݐሺݑ、ሻݐሺሶݑ、ሻݐሺሷݑሻ——节点加速度、节点速度和节点绝对位移。在地震作用下，式3-2中的外部荷载F(t)为零，变形后为：ܯݑሷሺݐሻܥݑሶሺݐሻܭݑሺݐሻൌെܯ௫ݑሷ௫ሺݐሻെܯ௬ݑሷ௬ሺݐሻെܯ௭ݑሷ௭ሺݐሻ(3-3)ݐሺ௭ሷݑ、ሻݐሺ௬ሷݑ、）ݐ（௫ሷݑሻ是自由场地面位移的三个分量。3.3分析方法3.3.1模态分析模态分析主要包括了两个分析，其一为结构静力地震作用分析，其二为静力风荷载作用分析。模态分析可以为我们提供结构基本性能参数，同时模态分析也是后续动力分析的基础。模态分析主要经历三个步骤，第一步需要把动力方程转换为微分方程，第二步是生成模态方程，第三步是求解模态方程。（1）建立微分方程针对地震作用，由结构动力平衡方程可以建立一组二阶微分方程：ܯݐ（݂݃ଵୀ∑ൌሻݐሺܨൌሻݐሺሷݑܭሻݐሺሷݑܥሻݐሺሷݑ）（3-4）式中：fj——J空间向量，该向量不随事件发生变化；݃j(t)——第j个与时间相关的函数。（2）生成模态方程采用分离变量法对公式（3-4）进行求解：ݐ（ܻ߶ൌሻݐሺݑ）(3-5a)27 成都理工大学硕士学位论文由3-5a导出：ݑሶሺݐሻൌ߶ܻሶሺݐሻ(3-5b)ݑሷሺݐሻൌ߶ܻሷሺݐሻ(3-5c)将公式（3-5）三个方程式带入微分方程公式（3-4），左乘߶்可得到方程：ܫܻሷሺݐሻܻ݀ሶሺݐሻߗଶܻሺݐሻൌ∑݃ሺݐሻ(3-6)ୀଵ定义ξ୬为第n振型中的阻尼与该振型的临界阻尼比，得到一个非耦合的线型结构系统的模态方程：ݕሷሺݐሻ2ߦ߱ݕሶሺݐሻ߱ଶݕሺݐሻൌ∑݃ሺݐሻ(3-7)ୀଵ对于三维地震运动，基于方程3-7，模态方程可以改写为：ݐሺሷݑ௭௬ሻݐሺሷݑ௬௫ሻݐሺሷݑ௫ൌሻݐሺݕଶ߱ሻݐሺሶݕ߱ߦ2ሻݐሺሷݕሻ௭(3-8)（3）求解模态方程对于非耦合的线性结构系统的模态方程，可以利用快速Fourier变换法或者Duhamel积分数值计算等方法。3.3.2反应谱分析（1）反应谱分析基本理论反应谱分析，也即是《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）里所给出的三种地震作用计算方法之一——振型分解反应谱法。利用这种方法对于结构的分析精度是可以满足结构设计要求的。其原理并不是真正的动力分析，而是把质点在地震作用下的响应做成反应谱曲线，以此就可以利用静力学的手段去进行结构分析，其本质并没有脱离静力学的范畴。反应谱分析有三个阶段，第一阶段为确定反应谱曲线，第二阶段为计算求得结构各振型的最大反应值，第三阶段为振型组合求结构最大响应。对于三维地震，建立一个典型的模态方程：ݕሷ2ߦ߱ݕሶሺݐሻ߱ଶݕሺݐሻൌݑሷሺݐሻݑሷሺݐሻݑሷሺݐሻ(3-9)௫௫௬௬௭௭如果考虑单个方向的地震输入，则公式（3-9）可另写成：28 第3章结构有限元理论及工程模型的建立ݐ（ሷݑൌሻݐሺݕଶ߱ሻݐሺሶݕ߱ߦ2ሻݐሺሷݕ）(3-10)利用式3-10就可以绘制最大值响应ymax（ω）的曲线，对于有周期的振型和对应的反应谱值S（ωn），可以求得结构的最大模态位移：ௌሺఠሻݕ௫ሺܶሻൌమ(3-11)ఠ结构最大模态位移响应为：ݕൌݑ௫ሺܶሻ߶(3-12)那么定义曲线߱ݕሺ߱ሻ为伪-速度谱，曲线߱ଶݕሺ߱ሻ为伪-加速度谱，则曲௫௫线的标准形式为ܵሺ߱ሻ：ܵሺ߱ሻൌ߱ଶݕ௫ሺ߱ሻ(3-13)（2）振型组合基本理论在ETABS里进行分析时，软件内包含了四种组合方式：CQC法、SRSS法、ABS法、GMC法。在本文的实际运算过程当中，根据我国的规范要求，由于要考虑结构的耦联效应，应该使用SRSS与CQC这两种方法进行组合。那么，下面将主要介绍满足规范要求的这两种方法，其特点如表3-1所示。表3-1振型组合方法表名称振型组合方法SRSS法是平方和平方根法。这种方法假设所有的最大模态值在统计上都相互独立，通过求各参与组合振型的平方和的平方根，来进行组合。SRSS法不考虑各SRSS法振型间的耦合效应，但实际结构模态都是相关联的，不可避免的存在耦合效应，因此对于多数频率几乎相同的三维结构，耦合效应的影响更加突出，因此不适合使用这一组合方法。SRSS方法是我国2002版规范推荐使用的振型组合方式之一。CQC法是完全平方根组合。这种方法是Wilson等人在1981年提出的，也是目前在不同国家和地区规范中应用最广泛额组合方式。这种方法是以随机振动理CQC法论为基础，考虑了振型阻尼引起的邻近振型间的静态耦合效应，因此这种方法比SRSS法更加合理。CQC方法是我国2002版规范推荐使用的振型组合之一，并且规范要求如果结构扭转效应比较明显，并且振型间存在较强的耦联，一般推荐使用CQC组合方法。（3）方向组合方法29 成都理工大学硕士学位论文方向组合基本方法在ETABS程序里主要有两种，一种是SRSS法，一种是ABS法，两种方法的基本内容如表3-2所示。表3-2方向组合方法表名称方向组合方法这种方法假设两个方向响应最大值在统计上都是相互独立的，通过求两个方向平SRSS法方和的平方根，来进行组合。SRSS方法不考虑两个方向地震作用出现峰值统计上的相关性，因此组合值相对是比较保守的，但是相对于ABS方法，它是相对比较优化的方法，因此也是ETABS程序默认的方法。ABS法是绝对值相加法。当比例系数选择为1时，这种方法的假设条件是两个方ABS法向上最大值都发生在相同的时间点上，通过求它们的绝对值来进行方向组合。实际上同一时刻两个方向不一定发生最大值，因此，这一组合方法是比较保守的方法。3.3.3弹性时程分析时程分析与反应谱分析只能求解结构动力响应最大值不同，时程分析是真正意义上的动力分析，其结果输出与时间函数相关。（1）时间积分方式a.Newmark法首先建立动力微分方程：ܯݑሷ௧ܥݑሶ௧ܭݑ௧ൌܨ௧(3-14)利用泰勒级数获得以下两个方程：௱௧మ௱௧యݑ௧ൌݑ௧ି௱௧߂ݐݑሶ௧ି௱௧ݑሷ௧ି௱௧ݑഺ௧ି௱௧⋯(3-15a)ଶ∆௧మݑሶ௧ൌݑሶ௧ି∆௧∆ݐݑሷ௧ି∆௧ݑഺ௧ି∆௧⋯(3-15b)ଶNewmark把这些方程式改写为了以下形式：௱௧మݑଷݐ߂ߚሷݑሶݑݐ߂ݑൌݑഺ(3-16a)௧௧ି௱௧௧ି௱௧௧ି௱௧ଶݑሶൌݑሶ∆ݐݑሷߛ߂ݐଶݑഺ(3-16b)௧௧ି∆௧௧ି∆௧然后假定加速度为线型的，则可得到下列方程：30 第3章结构有限元理论及工程模型的建立ሺ௨ሷି௨ሷష೩ሻݑഺൌ(3-17)௱௧将3-17代入3-16a与3-16b，就得到了标准的Newmark方程：ଵଶଶݑ௧ൌݑ௧ି௱௧߂ݐݑሶ௧ି௱௧（െߚ）߂ݐݑሷ௧ି௱௧ߚ߂ݐݑሷ௧(3-18a)ଶݑሶ௧ൌݑሶ௧ି∆௧ሺ1െߛሻݐݑሷ௧ି∆௧ߛ߂ݐݑሷ௧(3-18b)添加刚度与质量比例阻尼，得到的最终平衡方程：ሺܾଵܯܾସܥܭሻݑ௧ൌܨ௧ܯሺܾଵݑ௧ି௱௧െܾଶݑሶ௧ି௱௧െܾଷݑሷ௧ି௱௧ሻ+ܥሺܾସݑ௧ି௱௧െܾହݑሶ௧ି௱௧െܾݑሷ௧ି௱௧ሻ(3-19)b.Wilson法Wilson法与Newmark法最主要的区别在于，前者通过引入系数θ达到了无条件的稳定，而Newmark并不能实现无条件稳定。改变时间步长，可以有效的消除真实解附近的不稳定解的振荡，这就是引入系数θ的作用。第一步，将θ引入到时间步长公式中：߂ݐ,=θ߂(3-20a)然后，将θ引入到定义好的荷载中去：ܴ௧,ൌܴ௧ି௱௧ߠሺܴ௧െܴ௧ି௱௧ሻ(3-20b)节点加速度、速度以及位移按照下列公式求解：ଵݑሷ௧ൌݑሷ௧ି௱௧ሺݑሷ௧,െݑሷ௧ି௱௧ሻ(3-21a)ఏݑሷ௧ൌݑሶ௧ି௱௧ሺ1െߛሻ߂ݐݑሷ௧ି௱௧ߛ߂ݐݑሷ௧(3-21b)௱௧మሺଵିଶఉሻݑଶݐ߂ߚሷݑሶݑݐ߂ݑൌݑሷ(3-22)௧௧ି௱௧௧ି௱௧௧ି௱௧௧ଶ采用Wilson法进行结构动力分析的时候，这种方法在高阶振型响应上会带来较大的误差，而且Wilson法在时间参数方面不能很精确的满足动力平衡方程，所以在计算分析时，一般不采用这种方法。c.HHT法31 成都理工大学硕士学位论文修改后的结构动力方程如公式（3-23）所示：ܯݑሷ௧ሺ1ߙሻܥݑሶ௧ሺ1ߙሻܭݑ௧ൌሺ1ߙሻܨ௧െߙܨ௧ߙܥݑሶ௧ି௱௧ߙܭݑ௧ି௱௧(3-23)（2）阻尼设置建筑结构在受到地震作用时，结构的变形时属于弹塑性变形，也即是如果进入到塑性变形阶段，那么将有一部分变形是永久变形，这部分永久变形可以消耗掉部分地震传递给结构的能量，这部分能量的具体大小是难以计算的，那么为了结构分析的精确性，这部分能量的消耗通过阻尼来定义。a.模态阻尼比在结构动力分析中，需要考虑结构阻尼的影响。在一般的反应谱分析和时程分析时，阻尼比按照表3-3取值。表3-3结构阻尼比值表结构类型阻尼比衰减比应变能耗损混凝土结构0.050.7346.7%钢结构0.020.8822.7%b.质量与刚度比例阻尼比在ETABS程序中，质量与刚度比例阻尼（Rayleigh阻尼）是另外一种阻尼定义。首先，假定阻尼矩阵和质量矩阵、刚度矩阵成正比：C=ηM+δK(3-24)为了分解模态方程，在振型叠加分析中，阻尼矩阵需具备一下属性：2ω்ܥ߮ൌߟ்߮ܯ߮ߜ்߮ܭ߮(3-25a)nζn=்߮߮ܥ߮ൌ0(当n不等于m时)(3-25b)根据质量矩阵与刚度矩阵的正交属性，公式（3-25a）可写为：2ωଶ(3-26)nζn=η+δ߱公式（3-26）两边同时除以2ωn得到：32 第3章结构有限元理论及工程模型的建立ଵఠζn=η+δ(3-27)ଶఠଶ然后，求解η和δ：ଵߞఠ߱ߟଵߞൌଵ(3-28)ଶ߱ߜఠೕ最后，求得：ଶδ=(3-29a)ఠାఠೕη=ωiωjδ(3-29b)33 成都理工大学硕士学位论文3.4工程实例与模型建立本文所采用计算模型为一实际工程，该工程位于天津市，为一商住一体化的高层住宅小区，本文选取其中小区最外围的带商业中心的一栋地上18层地下1层的建筑作为计算分析对象。带梁式转换层框支剪力墙平面布置图如图3-2、3-3、3-4所示，该结构共19层，底部框架部分每层层高4.5m，上部剪力墙部分每层层高3m。计算采取对比分析，改变转换层的位置来对比分析结构的抗震性能。转换层分别位于结构层第3、4、5层，结构场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第二组。对于荷载的选取，框架部分楼面恒荷载为2.5kN/m2,活荷载3.5kN/m2,剪力墙部分楼面恒荷载2.0kN/m2,活荷载2.0kN/m2（未包括板的自重）。计算时不考虑地下室，结构嵌固在第一层。图3-2上部剪力墙结构布置平面图34 第3章结构有限元理论及工程模型的建立图3-3转换层结构布置平面图图3-4下部框架结构布置平面图35 成都理工大学硕士学位论文（1）结构主要构件参数主要结构构件尺寸以及材料参数详见表3-4表3-4结构主要构件基本信息表构件名称构件尺寸（mm）混凝土等级框架部分300×700、300×600C40200×600、200×500剪力墙部分C30200×400梁转换梁700×1200C40框支部分150C40转换层180C40板厚剪力墙部分100、150C30、C40框支部分700×700、1000×1000C40柱剪力墙部分500×500C30框支部分300C40墙剪力墙部分220、240C30（2）结构建模基本参数结构模型的基本参数如表3-5所示表3-5结构模型基本参数一览表类别参数值设计基准期50年抗震设防烈度7度设计基本加速度0.15g抗震设防类别丙类基本风压0.3kN/m2地面粗糙度B恒载、活载横向分项系数1.2活载分项系数1.4活荷载组合值系数0.7计算振型数15个活荷载重力荷载代表值组合系数0.536 第3章结构有限元理论及工程模型的建立结构阻尼比0.05特征周期0.4s地震影响系数最大值0.12（3）结构模型计算模型采用三种不同的方案，其方案基本情况如表3-6所示：表3-6方案基本情况对比表模型一模型二模型三总层数181818转换层位置345下部框架层数345上部剪力墙层数151413根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）规定可知，在7度抗震设防时，转换层设置位置最高不超过5层，本文所建立三个模型转换层分别设置在三、四、五层，三个模型均满足规范对于转换层设置高度的限值。不同方案下的结构模型如图3-6所示，其中转换层位于第三层时，记为模型一；转换层位于第四层时，记为模型二；转换层位于第五层时，记为模型三。其中框支部分层高4.5米，剪力墙结构层高3米，当转换层位置改变时，通过调整上部剪力墙结构的层数来始终保持总层数为18层，使得三种不同方案下，结构的总高度保持在一个较小的变化范围内，由此可知，模型一的结构总高度为58.5米，模型二的结构总高度为60米，模型三的结构总高度为61.5米。37 成都理工大学硕士学位论文（a）模型一（b）模型二（c）模型三图3-6结构模型图38 第3章结构有限元理论及工程模型的建立3.5本章小结本章主要介绍了建筑结构的有限元分析理论和工程实例的选取与模型的建立，其中包括两个主要方面的内容。一是有限元分析软件ETABS的介绍，介绍了ETABS的基本使用方法，反应谱分析的基本理论、振型组合和方向组合的基本法法，弹性时程分析的时间积分方式和结构阻尼的设置。二是介绍了工程实例的平面布置、构件尺寸、材料选用情况以及ETABS结构模型参数的选取，ETABS模型建立的情况。39 成都理工大学硕士学位论文第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析反应谱分析法，也即是振型分解法，其实质并不是真正的动力分析法，但是仍然可以得到比较合理的结构地震相应分析结果。根据规范要求选取反应谱曲线如图4-1所示。0.150.1/ga0.5S0.0200123456T/s图4-1反应谱曲线在本节中,使用ETABS程序对这三个模型进行分析计算，其中反映谱曲线采用图4-1所示反应谱曲线。计算分析时，按双向水平地震作用计算同时考虑偶然偏心作用，计算模型前十五阶振型。反应谱计算参数选取如表4-1所示：表4-1反应谱计算参数参数种类数值影响系数0.12函数阻尼比0.05周期折减系数0.95振型组合方法CQC方向组合方法SRSS偶然偏心率0.0540 第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析4.1转换层设置高度对结构自振周期的影响结构的自振周期可以这样定义：结构体系在某一振型下完成自由振动所需要的往复时间即为结构自振周期。利用ETABS对三个模型进行分析，得到三个模型在前15阶振型的自振周期，以此来得到结构在不同振型下自振周期的变化规律以及不同结构方案在同一振型下的自振周期变化规律。4.1.1自振周期数据（1）结构自振周期数据根据ETABS反应谱法分析结果，求得三个结构模型各自的自振周期值，其具体数据在表4-2中列出。表4-2结构自振周期值对比表振型编号模型一（s）模型二（s）模型三（s）11.3051.3701.44821.1271.1491.22430.9841.0691.14740.4330.4960.53850.3890.4430.47660.3150.3430.36470.2230.2250.22380.2070.2080.20790.1540.1560.166100.1230.1230.144110.0930.1160.108120.0750.0930.102130.0710.0900.079140.0460.0500.055150.0420.0440.047（2）结构振型图在ETABS中提取三个模型各自的前三阶振型图，如图4-2、4-3、4-4所示：41 成都理工大学硕士学位论文（a）一阶振型（Y向平动）（b）二阶振型（X向平动）（c）三阶振型（扭转）图4-2模型一结构前3阶振型图（a）一阶振型（Y向平动）（b）二阶振型（X向平动）（c）三阶振型（扭转））图4-3模型二结构前3阶振型图42 第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析（a）一阶振型（Y向平动）（b）二阶振型（X向平动）（c）三阶振型（扭转））图4-4模型三结构前3阶振型图4.1.2自振周期结果分析（1）自振周期峰值对比从表4-1中的数据可以看到三个模型的结构自振周期最大值都出现在各自的第一振型上，模型一为1.305s，模型二为1.370s，模型三为1.448s，其自振周期最大值对比情况如图4-5所示。1.51.451.41.35时间1.31.251.2123图4-5第一阶振型自振周期对比图43 成都理工大学硕士学位论文从图4-6可以看到，当转换层设置位置在第三层升高至第四、五层的这个过程中，结构在第一阶振型的自振周期是呈现增加的规律，并且还可以看出，模型二变化至模型三的斜率比模型一变化至模型二要大，也即是说，转换层由第四层升至第五层比转换层由第三层升至第四层的自振周期变化幅度更大。（2）自振周期整体变化规律对比由表4-1数据绘制自振周期变化曲线，三种模型在前十五阶振型的自振周期变化趋势以及对比情况如图4-6所示。1.6自振周期1.4模型一1.21模型二0.8时间0.6模型三0.40.20123456789101112131415振型(a)柱状对比图1.6自振周期1.41.2模型一1模型二0.8时间0.6模型三0.40.20123456789101112131415振型(b)折线对比图图4-6自振周期对比图44 第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析从图4-6可以看出，前三阶振型下的自振周期都处于比较高的水平，而后的振型中自振周期衰减，且在第三振型后自振周期直接减少至一半的水准（如图4-6b所示）。通过数据的比较，从总体来看，随着振型的增加，结构的自振周期是呈减小的趋势的，尤其是前三阶振型与后面振型的自振周期变化幅度相差较大，这说明结构的自振周期主要由前三阶振型决定。横向比较三个模型，其总的变化不明显，这是由于三种模型结构高度相差不大，整体刚度也相差不大。可以看出，前三阶的振型下，结构的自振周期由大到小为：模型三、模型二、模型一。此外，图4-6a显示，三个模型各自的自振周期在前六阶振型有比较明显的上述规律，而后面的振型下三个模型的自振周期基本没有差异。另一方面，可以看到随着转换层位置的升高，结构的自振周期变化的整体趋势是呈现变大的。这是由于整体结构刚度下降所导致的，刚度下降的原因可以归结为：转换层设置位置升高，下部框支部分升高，而上部剪力墙部分减少，也就意味着较柔的部分增多，较刚的部分减少，两相增减结构整体刚度下降。对于建筑结构的自振周期来讲，结构刚度越大自振周期一般越小，结构越柔，自振周期一般越大。所以，转换层设置高度的增加就导致了结构自振周期的变长、频率降低。（3）周期比的比较周期比是一项重要的结构性能指标，其值为扭转周期值与平动周期指的比值，这个值越大，说明结构的扭转效应更强，扭转效应对于结构的受力是不利的，所以《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第4.3.5条规定，对于A类高度带梁式转换层高层建筑结构应该控制其周期比在0.85以内。通过三个模型的前15阶周期值可以计算求得三个模型各自的周期比，如表4-2所示。表4-2周期比对比表模型一模型二模型三规范限值周期比0.7540.7800.7920.85从三个模型的周期比来看，都是满足规范的限值要求，说明三个模型在结构平面布置上是比较合理的。此外随着转换层设置位置的升高，三个模型的周期比是上升的，但是这个幅度非常小，都控制2%以内，说明在控制范围以内，转换层设置位置升高对于结构周期比影响并不明显。（4）分析结论根据周期比峰值的对比可知，随着转换层设置高度的增加，结构的自振周期45 成都理工大学硕士学位论文峰值是呈现上升的规律，并且上升的幅度也是增加的，说明转换层位置对于结构的第一阶振型自振周期是有较明显影响的根据周期的整体对比可知，随着转换层的升高，结构的各阶自振周期是呈现增长趋势的，说明结构的抗侧刚度是呈现下降的规律（注：由结构力学周期计算公式T=2π.ට可知结构自振周期与其刚度系数成反比关系），这对于结构抗震性能是不利影响。所以对于转换层高度的设置，应该给予限制。根据周期比的对比可知，随着转换层设置高度的提高，结构的周期比是呈现增长趋势的，但是增长的幅度非常小，说明转换层位置改变对于周期比的影响相对较小。另外从三个模型的周期自振图（图4-2、4-3、4-4）可以看出，一阶振型为Y方向平动，二阶振型为X方向平动，说明了结构在X方向的刚度更大，这个结果与结构的平面布置情况是吻合的。4.2转换层设置高度对结构水平位移的影响对高层建筑结构来说，水平位移主要来自于两个方面的作用：风荷载与地震作用。所以结构需要足够的侧向刚度来抵抗这两种力，从而防止产生过大的水平位移；过大的水平位移不仅会影响到结构本身的稳定性，同时还会对于处在建筑物内部工作生活的人员带来不舒适感。此外，过大的水平位移，还有可能使结构产生P-∆效应，使得结构附加内力增大。由此可见，限制结构的水平位移是十分有必要的。我国的规范主要是通过弹性层间位移角的大小来对水平位移来进行限定。弹性层间位移角值越大表示结构刚度越小，规范对于弹性层间位移角大小根据不同结构类型给出了相应的限值。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）3.7.3条规定，弹性层间位移角限值要求如表4-3所示：表4-3层间位移角限值结构体系层间位移角钢筋混凝土框架1/550（0.00182）钢筋混过凝土框架‐抗震墙、板柱‐抗震墙、框1/800（0.00125）架‐核心筒钢筋混凝土抗震墙、筒中筒1/1000（0.001）钢筋混凝土框支层1/1000（0.001）46 第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析4.2.1层间位移数据及结果分析（1）层间位移数据根据ETABS反应谱法计算结果，得到模型一、二、三分别在X方向和Y方向的层间位移值，并对其进行比较，如表4-4所示：表4-4结构层间位移值层间位移（mm）X方向Y方向楼层模型一模型二模型三模型一模型二模型三180.991.031.011.671.591.49171.061.101.081.781.701.59161.121.181.151.871.831.70151.191.251.221.921.961.82141.251.311.281.962.071.92131.291.371.331.972.172.01121.321.411.382.012.242.08111.351.441.402.052.282.11101.361.451.432.062.282.1291.381.461.442.042.272.0981.361.461.422.022.221.9871.351.421.351.962.071.7961.331.341.241.901.851.5651.281.202.101.751.482.8841.151.992.551.452.323.7831.952.363.012.012.803.9822.042.182.672.172.613.5111.421.471.481.491.591.62（2）层间位移结果分析由表4-4数据绘制层间位移变化曲线，结构在X、Y方向上各自的层间位移变化曲线如图4-7、4-8所示：47 成都理工大学硕士学位论文4.0X方向层间位移3.0模型一mm模型二/2.0模型三位移1.00.002468101214161820楼层图4-7X方向层间位移对比图5.0Y方向层间位移4.0模型一模型二3.0模型三mm/2.0位移1.00.002468101214161820楼层图4-8Y方向层间位移对比图从图4-7、4-8可以看到，X、Y两个方向层间位移的整体变化情况类似，三个模型都在转换层以下的框支部分都出现层间位移的突变，而转换层以上的剪力墙部分层间位移变化相对较平缓，变化幅度并不大。整体比较当转换层设置在第五层时的层间位移最大，转换层设置在第四层其次，设置在第三层时层间位移最小。由表4-4数据可以得到层间位移的最大值以及出现位移，如表4-5、4-6所示。48 第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析表4-5X方向最大层间位移对比表模型一模型二模型三层间位移最大值（mm）2.042.363.01出现楼层第二层第三层第三层表4-6Y方向最大层间位移对比表模型一模型二模型三层间位移最大值（mm）2.172.803.98出现楼层第二层第三层第三层从表4-5、4-6可以看出，三个模型X、Y方向上的最大层间位移都出现在了转换层以下的楼层，从这几个值的比较可以看出，当转换层由第三层变换至第五层时，其层间位移变化规律也是呈现增长趋势的，也即是转换层设置越高，其框支部分的层间位移值越大。从数据可以看出来，转换层设置的越高，框支部分的层间位移就越大。从其峰值比较来看，模型二相对于模型一X方向层间位移最大值增大了15.6%，Y方向增大了22.5%；模型三较模型二X方向层间位移最大值增大了27.5%，Y方向增大了29.6%；模型三较模型一X方向层间位移值最大值增大了43.1%，Y方向增大了52.1%。从这组对比可以看出，当转换层由第三层变换至第五层时，其层间位移增长幅度也是提高的，也即是说随着转换层设置位置的提高，其层间位移增长幅度更大。可以看出转换层每向上设置一层，对于层间位移影响是比较明显的，并且这个增大的幅度也是在提升。同时，三个模型均在转换层及转换层向下的一层或者两层这个范围内，层间位移是明显高于其它楼层的，也即是在转换层附近出现了层间位移的突变。此外，从整体来看，上部剪力墙的层间位移是小于下部框支部分的层间位移，在转换层附近的层间位移，模型三最大，模型二其次，模型一最小，这说明了随着转换层设置高度的升高过程中，下部框支部分的层间位移是随之变大的。综合以上分析可知，随着转换层设置位置的升高，结构的层间位移值是表现出增大规律的；，并且在框支部分增大的幅度是大于剪力墙部分的，说明转换层设置高度增加，结构的整体抗侧刚度是下降的。同时整个结构最大层间位移均出现在了框支部分，这是由于框支部分结构较柔和层高比剪力墙部分更高的原因造成的。49 成都理工大学硕士学位论文4.2.2弹性层间位移角数据及结果分析（1）层间位移角数据根据ETABS反应谱法计算结果，得到模型一、二、三分别在X方向和Y方向的弹性层间位移角，并对其进行比较，如表4-7所示：表4-7三种方案下的结构弹性层间位移角层间位移角（×10-4）X方向Y方向楼层模型一模型二模型三模型一模型二模型三183.293.443.355.555.314.95173.523.683.595.935.685.31163.743.923.826.226.105.68153.964.164.056.406.536.07144.154.374.266.536.916.41134.304.554.446.577.226.71124.414.694.596.697.466.93114.494.804.686.837.597.03104.524.834.766.887.607.0894.594.874.806.807.576.9884.544.854.736.747.396.5974.514.734.516.526.915.9564.434.474.126.326.155.2154.264.014.675.834.926.3943.844.425.674.825.158.4034.335.246.694.466.228.8524.534.855.944.825.807.8013.163.263.303.313.543.61（2）层间位移角结果分析由表4-7数据绘制层间位移角变化曲线，结构在X、Y方向上各自的弹性层间位移角变化曲线如图4-9、4-10所示：50 第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析8.0X方向弹性层间位移角6.0）‐4104.0位移角（×2.0模型一模型二模型三0.002468101214161820楼层图4-9X方向弹性层间位移角对比图10.0Y方向弹性层间位移角8.0）‐46.0×104.0位移角（模型一2.0模型二模型三0.002468101214161820楼层图4-10Y方向弹性层间位移角对比图首先，从《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）的角度来看，结构属于框架-剪力墙结构，三个模型的弹性层间位移角都满足规范对于此类结构1/1000（0.001）的弹性层间位移角限值要求。三个模型中层间位移角最大值为0.00085，在规范要求的0.001范围以内。从图4-9、4-10可以看到，X、Y两个方向层间位移的整体变化情况类似，三个模型的弹性层间位移角曲线在各自转换层附近都出现了不同幅度的拐点，说明此处的层间位移角有突变，变化不均匀；而转换层以上的剪力墙部分层间位移变化曲线时平滑的，说明变化均匀无突变。由表4-7数据可以得到层间位移的最大值以及出现位移，如表4-8、4-9所示。51 成都理工大学硕士学位论文表4-8X方向最大弹性层间位移角对比表模型一模型二模型三层间位移角最大值（×10-4）4.595.246.69出现楼层第九层第三层第三层表4-9Y方向最大弹性层间位移角对比表模型一模型二模型三层间位移角最大值（×10-4）6.887.608.85出现楼层第十层第十层第三层从表4-8、4-9可以看出，虽然三个模型在转换层附近都出现了层间位移角的突变，但是其层间位移值最大值并不一定都出现在转换层附近，当转换层设置在第三层时，其X、Y方向层间位移角最大值分别出现在了第九层和第十层，这两层属于中间楼层，说明当转换层设置在第三层时，整体结构的刚度变化控制的比较好，下部的框支部分得到了有效的加强。而当转换层设置在第四层和第五层时，其最大层间位移角出现位置均下降至转换层以下，这可以看出随着转换层设置高度上升，对于下部框支部分的刚度影响是比较明显的。整体来看，当转换层由第三层变换至第五层时，其转换层以下的层间位移角变化规律也是呈现增长趋势的，也即是转换层设置越高，其框支部分的层间位移角越大，而上部剪力墙的层间位移角变化并不明显。从数据还可以看出来，转换层设置的越高，各层的层间位移角就越大。从其峰值比较来看，模型二相对于模型一X方向层间位移最大值增大了14.1%，Y方向增大了10.6%；模型三较模型二X方向层间位移最大值增大了27.6%，Y方向增大了16.4%；模型三较模型一X方向层间位移值最大值增大了41.7%，Y方向增大了27%。从这组对比可以看出，当转换层由第三层变换至第五层时，其层间位移增长幅度也是提高的，也即是说随着转换层设置位置的提高，其层间位移增长幅度更大。综上所述，可以看出转换层每向上设置一层，对于层间位移角影响是比较明显的，并且这个增大的幅度也是在提升。同时，三个模型均在转换层附近出现了层间位移角的突变（如图4-9、4-10所示）。此外，在转换层附近的层间位移，模型三最大，模型二其次，模型一最小，这说明了随着转换层设置高度的升高，框支部分的层间位移角表现出增大的规律，并且其最大层间位移角出现的楼层也是由上部楼层转移到下部楼层的，那么改变转换层的位置主要对于下部框支部分的刚度影响较大，对上部剪力墙部分影响相对较小。52 第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析4.2.3楼层位移数据及结果分析（1）楼层位移数据根据ETABS反应谱法计算结果，得到模型一、二、三分别在X方向和Y方向的楼层位移值，并对其进行比较，如表4-10所示：表4-10结构楼层位移值楼层位移（mm）X方向Y方向楼层模型一模型二模型三模型一模型二模型三1824.1726.4128.5334.0537.6240.041723.1825.3827.5332.3936.0338.561622.1324.2726.4530.6134.3236.961521.0023.1025.3028.7432.4935.261419.8221.8524.0926.8230.5333.441318.5720.5422.8124.8728.4631.521217.2819.1721.4822.8926.3029.501115.9617.7720.1020.8924.0627.421014.6116.3318.7018.8421.7825.31913.2514.8817.2716.7719.5023.19811.8813.4215.8314.7317.2321.10710.5111.9614.4112.7115.0119.1269.1610.5413.0610.7612.9417.3357.839.2011.828.8611.0915.7746.558.009.727.119.6212.9035.406.017.175.667.309.1223.463.654.163.664.205.1311.421.471.481.491.591.62（2）楼层位移结果分析由表4-10数据绘制层间位移角变化曲线，结构在X、Y方向上各自的楼层位移变化曲线如图4-11、4-12所示：53 成都理工大学硕士学位论文30.0X方向楼层位移25.020.0mm/15.0位移10.0模型一模型二5.0模型三0.002468101214161820楼层图4-11X方向侧向位移对比图45.0Y方向楼层位移40.035.030.025.0/mm20.0位移15.0模型一10.0模型二5.0模型三0.002468101214161820楼层图4-12Y方向侧向位移对比图从图4-11、4-12来看，三个模型在X、Y两个方向的楼层位移曲线在各自设置了转换层的楼层附近都有一个“拐点”，当转换层设置在第三层时，这个“拐点”并不明显，说明结构整体刚度均匀性较好，当转换层升至第四、第五层时，这个“拐点”变得明显，说明结构在转换层处的上下楼层位移角有较大的突变，整体刚度均匀性变差，通过这个现象就可以说明随着转换层位置的上升，结构的刚度均匀性是下降的。其次从三条曲线的整体关系来看，当转换层设置在第五层时，结构的楼层位移最大，转换层设置在第四层时其次，转换层设置在第三层时楼层位移最小，根据一般经验楼层位移越大，说明刚度越小，那么从楼层位移的角度也可以说明随着转化层设置高度的提高，结构的整体刚度是下降的。54 第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析根据表4-10所得结果，得到三个模型各自的顶层位移，如表4-11所示。表4-11最大楼层位移对比表模型一模型二模型三X方向（mm）24.1726.4128.53Y方向（mm）34.0537.6240.04从这几个值的比较可以看出，当转换层由第三层变换至第五层时，其结构顶层位移变化规律也是呈现增长趋势的，也即是转换层设置越高，结构的顶层位移越大。比较来看结果来看，模型二相对于模型一X方向顶层位移增大了9.2%，Y方向增大了10.5%；模型三较模型二X方向层间位移最大值增大了8.1%，Y方向增大了6.4%；模型三较模型一X方向层间位移值最大值增大了17.3%，Y方向增大了16.9%。从这组对比可以看出，当转换层由第三层变换至第五层时，其结构的顶层位移虽然也是呈现增长趋势，但是这个变化幅度并不大，同时影响顶层位移的因素还有结构的总高度。综上所述，梁式转换层的高层建筑结构在楼层位移变化曲线上均会出现“拐点”，说明结构会出现位移的突变，也即是刚度的突变，这个突变的程度随转换层设置高度的增加而变大；从顶层位移来看，转换层每向上设置一层，对于顶层位移影响幅度是不大的；从整体楼层位移变化规律来看，三个模型中，模型一楼层位移曲线更加平滑，说明模型一的上下刚度控制的比较均匀，说明结构的整体水平方向变形情况良好，而模型二和模型三突变更明显，结构的整体刚度均匀性要弱于模型一。4.2.4结构的水平变形参数总结结构的水平位移数据主要有三个指标：层间位移、弹性层间位移角、楼层位移。通过对这三个指标的ETABS计算指标可以得到以下结论：无论是从层间位移角还是层间位移曲线都可以看出，在多遇地震作用下，这两项指标均在转换层附近均会出现拐点，说明了在此处的位移变化并不均匀有突变，并且随着转换层位置的升高，其最大值也亦是愈大，这可以看出转换层的高度变化对于结构的刚度是有影响的，究其原因是因为，转换层设置升高，意味着在结构整体部分，剪力墙部分减少而框架部分增加，而框架属于柔性结构，所以就相当于结构的整体刚度减小而柔性增加，这就降低了结构的刚度，所以就出现了随转换层设置高度增加结构的层间位移或者是层间位移角峰值增大。55 成都理工大学硕士学位论文此外，层间位移角的峰值变化随着转换层设置高度的升高还呈现出一个规律：随转换层高度增加，最大层间位移角由上部楼层向下部楼层转移。这个规律可以说明，在地震作用下，转换层高度越高，下部框架的刚度就越低，就越加容易被破坏。对于侧向位移，模型二和模型三相对模型一来说有明显的位移“拐点”，这就说明了随着转换层设置高度的升高，结构在框支部分的刚度下降是明显的；而对于模型一来说，在地震作用下，无论是在X方向还是Y方向该结构的整体侧移值随楼层增加变化是平缓的，通过整体位移曲线也可以看到，曲线较为平滑（如图4-11、4-12所示），也即是说明此结构在竖向的刚度设计上是合理的，转换层有效的加强了薄弱部位的刚度大小，使得结构整体变形呈现出刚度较大结构通常体现的“弯剪型”变形。56 第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析4.3转换层设置高度对结构楼层剪力的影响4.3.1楼层剪力数据及结果分析（1）楼层剪力值数据根据ETABS反应谱法计算结果，得到模型一、二、三分别在X方向和Y方向的层间剪力值，并对其进行比较，如下表4-12所示：表4-12结构楼层剪力值楼层剪力值(kN)楼层X方向Y方向模型一模型二模型三模型一模型二模型三18451.09414.42322.89482.80431.87364.0617916.23843.26807.34949.68852.31834.57161325.341322.051127.011325.201290.631206.04151777.571654.281409.731695.971576.141474.04142090.511945.181658.171918.911812.481700.80132364.612202.581876.572083.092009.541897.86122606.742433.942069.742202.812171.442072.28112822.912644.792252.232293.512300.332234.83103018.382846.752427.292371.662407.012383.5093205.533041.372588.822456.712504.012410.4483387.793222.142739.412562.042602.272519.5573559.893391.092882.192688.992709.512618.8563723.173552.043020.782836.642826.132817.1553879.883709.283583.433003.582951.782949.3444032.324166.563957.893187.193390.783358.3634479.884454.094250.903764.873716.453718.1424731.404658.284479.844110.223947.503943.7314839.744745.014596.724255.154054.764053.79（2）楼层剪力结果分析由表4-12数据绘制楼层剪力变化曲线，结构在X、Y方向上各自的楼层剪力变化曲线如图4-13、4-14所示：57 成都理工大学硕士学位论文6000X方向楼层剪力5000模型一4000模型二/kN模型三3000剪力20001000002468101214161820楼层图4-13X方向楼层剪力对比图5000Y方向楼层剪力4000模型一3000模型二kN模型三/2000剪力1000002468101214161820楼层图4-14Y方向楼层剪力对比图从图4-13、4-14可以明显看出，X、Y两个方向的楼层剪力值曲线均出现了“拐点”，这说明剪力值在变化过程中是不均匀的，模型一在第三层会有楼层剪力值的突变，这是由于模型一转换层设置在第三层，使得第三层刚度很大，地震作用的时候产生了较大的剪力，模型二、模型三的突变规律与模型一基本一致，但是随着转换层位置的升高，这种突变的程度是加大的。此外，无论是在X方向还是在Y方向，剪力突变的位置都会出现在转换层处。很明显，这是因为由于这种带转换层的高层建筑结构形式在先天上就存在竖向刚度不均匀的劣势，由于转换梁的尺寸非常大，转换层这一层的刚度就非常大，所以在刚度变化处（转换层位置处）就会出现剪力值的突变；并且随着转换层设置位置的升高，剪力突58 第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析变的幅度是增加的，这是由于转换层设置位置的升高使得结构的不均匀程度更大。另一方面，从三个模型各楼层的剪力值的大小来看，随着转换层设置高度的升高，各楼层所受到的剪力是减小的，这也可以说明转换层设置位置的升高会使得结构的整体刚度下降，从而结构受到的地震作用就会小一些，其受到的剪力也就相应小一些。4.3.2剪重比数据及结果分析（1）剪重比数据根据表4-12数据计算求得结构的剪重比具体数据如表4-13所示：表4-13结构剪重比值剪重比X方向Y方向楼层模型一模型二模型三模型一模型二模型三180.0850.0830.0740.080.0780.073170.0850.0820.0720.0770.0750.072160.0820.0790.0680.0740.0720.069150.0780.0760.0640.070.0690.065140.0730.0710.060.0660.0650.061130.0680.0660.0550.060.060.056120.0640.0620.0510.0560.0550.052110.0610.0580.0470.0520.0510.048100.0570.0550.0440.0480.0470.04490.0550.0520.0420.0440.0440.04180.0520.0490.040.0410.040.03870.050.0470.0380.0380.0370.03660.0480.0450.0370.0350.0350.03450.0460.0430.0360.0330.0330.03240.0440.040.0350.0320.0310.03130.0410.0380.0330.0310.0290.0320.0380.0350.0310.030.0280.02810.0340.0320.0290.0290.0260.02659 成都理工大学硕士学位论文（2）剪重比结果分析在结构抗震设计中，我们的控制指标并不是单纯的剪力值，而应该是剪重比。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）的要求，在多遇地震作用下，结构的剪力标准值与重力的比值应该大于最小水平地震剪力系数λ。楼层最小水平地震剪力系数值应该满足表4-14要求剪重比：表4-14楼层最小地震剪力系数值类别6度7度8度9度扭转效应明显或基本周期0.0080.016（0.024）0.032（0.048）0.064小于3.5s的结构基本周期大于5s的结构0.0060.012（0.018）0.024(0.036)0.048注：1.基本周期介于3.5s和5.0s之间的结构，应允许线性插入取值。2.7、8度时括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。在本算例分析中，依据抗震设防烈度以及自振周期值大小，三个模型结构应该满足最小剪重比0.024的限值要求。由表4-13数据绘制楼层剪力变化曲线，结构在X、Y方向上各自的楼层剪力变化曲线如图4-15、4-16所示。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）的要求，本结构的剪重比的最小值为0.024，通过表4-13的数据显示，X方向三个模型最小剪重比依次为0.034、0.032、0.029，Y方向三个模型最小剪重比依次为0.029、0.026、0.026，三个模型在X、Y方向上的剪重比最小值均大于规范要求的0.024，说明三个模型在剪重比方面是满足规范要求的。从图4-15、4-16的曲线整体变化规律可以看到，模型一的整体剪重比最大、模型二其次、模型三最小，剪重比可以直观的体现结构的刚度大小，剪重比越大，结构刚度越大，那么从这个规律可以看出来随着转换层设置高度的提高结构的整体刚度是趋于下降的，这与上面小节的分析结果保持一致。根据最终结果可以看到，模型一X、Y两个方向的剪重比峰值分别为0.085和0.080；模型二X、Y两个方向的剪重比峰值分别为0.083和0.078；模型三X、Y两个方向的剪重比峰值分别为0.074和0.073。对比三个模型三的剪重比峰值可以发现X方向的剪重比均大于Y方向的剪重比，这说明结构在Y方向的刚度要小于X方向，这与振型图分析结果保持一致，但是差别并不大。60 第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析0.1X方向剪重比0.080.06剪重比0.04模型一0.02模型二模型三002468101214161820楼层图4-15X方向剪重比对比图0.1Y方向剪重比0.080.06剪重比0.04模型一0.02模型二模型三002468101214161820楼层图4-16Y方向剪重比对比图4.4转换层设置高度对等效刚度比的影响与普通高层建筑结构不同，本文所涉及到的带转换层的高层建筑其刚度比仅仅是按照层间剪力与层间位移之比的方法来计算是不准确的，《高层建筑混凝土结构技术规程》中附录E.01至E.03对于转换层上、下结构侧向刚度比有严格的规定，规定抗震设计时，等效刚度比不宜小于0.8，三个模型的等效刚度比依照规范给出的计算模型，其计算公式如4-1所示，其计算结构如表4-13所示。௱మுభߛଶൌ（4-1）௱భுమ61 成都理工大学硕士学位论文式中：ߛଶ——转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度比；H1——转换层及其下部结构的高度；߂ଵ——转换层及其下部结构的顶部在单位水平力作用下的侧向位移；H2——转换层上部若干结构的高度，其值应该等于或接近H1，且不大于H1；߂ଶ——转换层上部若干结构的顶部在单位水平力作用下的侧向位移。利用式4-1进行计算，得到三个模型在X、Y方向的等效刚度比，其具体数值如表4-15所示。表4-15等效刚度比值表模型一模型二模型三X方向等效刚度比1.061.040.90Y方向等效刚度比1.291.260.93从4-15表中不难看出，三个模型的等效刚度比均大于规范的最低限值。可以看出，转换层设置位置的升高，结构的等效刚度比是下降的，等效刚度比越小说明下部框支部分刚度相对上部剪力墙结构越小。从这组数据还可以看出在X方向上三个模型的刚度变化控制的比较好，其等效刚度比均接近1，但是Y方向的等效刚度比虽然满足规范基本要求，但是结构的上下刚度差别要比X方向更大，这是由于上部剪力墙结构的长宽比要大于下部框支部分，所以上部结构在Y方向的刚度偏小，而下部框支部分的Y方向刚度又稍偏大，所以出现了这个结果。通过这个结果可以知道，带转换层结构在进行平面布置的时候要特别注意上下刚度均衡控制以及X、Y方向上的刚度均衡控制。4.5本章小结这一章主要是通过高层建筑有限元分析软件ETABS建立了三个结构模型，依据反应谱分析法，经过计算得到结构的相关性能参数：自振周期、层间位移、弹性层间位移角、楼层位移、剪重比、等效刚度比。通过这些参数可以看到结构在地震作用下结构的变形表现。可以得到如下结论：（1）首先，通过计算分析，三个模型都是能够满足规范的最低要求的，证明其结构受力是较合理的。（2）通过自振周期的横向对比，可以看到当转换层分别位于结构第三层、62 第4章基于反应谱分析法对结构的抗震分析第四层、第五层时，结构的自振周期呈现处上升的规律，根据结构自振周期与刚度的关系可以说明转换层设置的越高，结构的整体刚度就越低。通过自振周期的纵向对比，可以看到前三阶振型对于水平地震作用起到了主要控制作用，但是随着转化层高度的增加，高阶振型的作用就变得更明显。（3）通过结构层间位移的对比，可以看到当转换层分别位于结构的第三层、第四层、第五层时，结构的层间位移是出现整体上升的趋势。并且在转换层附近出现了层间位移的突变。当转换层设置在第四层时，其层间位移最大值比设置在第三层时提高了15%；转换层设置在第五层时，其层间位移最大值比设置在第三层时提高了27%。这可以说明随着转换层的上升，结构的层间位移最大值的增长幅度也是上升的；（4）通过结构弹性层间位移角的对比，可以看到随着转换层位置的升高，结构的层间位移角是出现整体上升的趋势，并且其层间位移角最大值出现楼层随着转换层设置高度的提高而下移，层间位移角在转换层附近是有突变的，可以说明在转换层附近的刚度是有变化的。（5）通过楼层位移的对比，可以看到随着转换层位置的升高，结构的楼层位移变化幅度并不大。其原因可能有两个，一是因为转换层由第三层变换到第五层这个变化高度并不大，二是因为三个模型的结构总高度相差不大。所以其楼层位移的变化规律是随着转换层设置高度的增长而小幅度增长，增长幅度都在3mm以内。但是三个模型在其转换层设置的楼层位置楼层位移曲线是有“拐点”的，这说明在转换层位置还是有一定的位移不均匀变化的。（6）通过结构层间剪力的对比可以看到，无论是转换层设置在第三层、第四层或者是第五层的时候，在上部剪力墙结构和下部框支结构交接的层均出现了小幅度的剪力增长，这说明了由于上下结构形式的不一致，在转换处会由于刚度的增大而产生剪力的增大。另外振型分解反应谱法分析只是依据了加速度反应谱对结构进行地震分析，其本质还是没有脱离静力理论的范畴，其结果也是静态的，所以有必要对结构进行时程分析，对其结果进行进一步的印证和补充。63 成都理工大学硕士学位论文第5章基于时程分析法对结构的抗震分析采用反应谱法不是真实的结构动力响应分析，计算方法没有脱离静力学的范畴，其分析结果不能反映地面运动的速度、位移以及持续时间等参数对于结构的影响。所以依据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）的要求，需要对以下几类建筑采用时程分析法进行地震作用下的补充计算：（1）特别不规则的建筑；（2）甲类建筑；（3）表5-1中所列高度范围内的高层建筑；表5-1高度范围表烈度、场地类别房屋高度范围（m）8度Ⅰ、Ⅱ类场地和7度＞1008度Ⅲ、Ⅳ类场地＞809度＞60（4）复杂高层建筑结构。时程分析法由于其引入了时间函数，可以反映结构内各个质点的位移、速度以及加速度。表5-2时程分析时输入地震加速度的最大值（cm/s2）地震影响6度7度8度9度多遇地震1835（55）70（110）140设防地震50100（150）200（300）400罕遇地震125230（310）400（510）620注：括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区这一小节利用有限元分析软件ETABS对该工程结构进行了弹性时程分析，用以作为振型分解反应谱法的补充，并根据分析得到的数据与上一小节振型分解反应谱法分析得到的数据比较，得到该结构体在地震作用下的弹性变形性能。在建立时程分析模型时，仍然选用原有的三个模型，即转换层设置在第三层时记为模型一，转换层设置在第四层时记为模型二、转换层设置在第五层时记为64 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析模型三。时程分析时在UX、UY两个方向输入地震波，输出间隔为0.02s，场地类型为Ⅱ类，分析类型为Linear，输出段数为2001段，比例系数为550。5.1地震波的选取使用ETABS对结构体进行弹性时程分析法计算地震作用，第一步就需要先将地震波输入进程序。地震波的选取可以是人工模拟加速度时程曲线，也可以选取实际地震记录波。关于地震波的选取，根据2010版最新的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）有相关规定可以知道，应该按照建筑场地类型和设计地震分组分别选取实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线，且实际强震记录不得少于总数的三分之二[7]。根据所选取工程实例情况，分别对三种模型进行多遇地震作用下的时程分析，依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对时程分析地震波输入的要求，基于地震动加速度峰值、有效持时及频谱特性选取两条天然波（记为T1、T2，T1为549ladfn，T2为NGA_184IMPVALL.H-EDA_FN）和一条人工波（记为RG）作为试验台面加速度输入，选取的3条地震波时程曲线及其傅氏谱如图5-1、5-2、5-3所示。10.50-0.5Acceleration（g）-10153045607590105120135Time（sec）（a）T1地震波时程曲线65 成都理工大学硕士学位论文1.4）1.2HZ/1g（0.80.6eration0.4lcce0.2A0012345678910Frequency（HZ）（b）T1地震波傅氏谱图5-1T1波时程曲线及其傅氏谱1）g0.5（0-0.5Acceleration-1051015202530Time（sec）（a）T2地震波时程曲线1.210.80.60.40.2Acceleration（g/HZ）005101520Frequency（HZ）（b）T2地震波傅氏谱图5-2T2波时程曲线及其傅氏谱66 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析10.50-0.5Acceleration（g）-1012345678Time（sec）（a）RG地震波时程曲线0.50.4（g/HZ）0.30.20.1Acceleration00510152025Frequency（HZ）（b）RG地震波傅氏谱图5-3RG波时程曲线及其傅氏谱5.2时程分析下的结构顶点位移这一小节的位移分析主要是对第四章反应谱分析的结果进行补充补充分析，反映出结构顶点在各个时间点的位移变化，得到结构在三种不同地震波（T1波、T2波、RG波）作用下结构顶点位移的时程变化曲线。5.2.1模型一结构顶点位移时程分析（1）模型一顶点位移时程曲线图提取ETABS计算所得时程曲线，得到图5-4、5-5、5-6，分别为模型一在T1波、T2波、RG波作用下的双向顶点位移时程曲线图（单位：mm）：67 成都理工大学硕士学位论文（a）T1波X向顶点位移（b）T1波Y向顶点位移图5-4T1波顶点位移时程曲线图（a）T2波X向顶点位移（b）T2波Y向顶点位移图5-5T2波顶点位移时程曲线图（a）RG波X向顶点位移（b）RG波Y向顶点位移图5-6RG波顶点位移时程曲线图（2）模型一在三条地震波作用下的结构顶点位移对比分析由图5-4、5-5、5-6可得到地震作用产生的位移峰值及其出现时间，具体数68 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析据如表5-3、5-4所示。表5-3X方向不同地震波地震响应对比表模型一X方向顶点位移地震波T1T2RG峰值大小（mm）21.0822.7121.49时间（s）5.349.583.84表5-4Y方向不同地震波地震响应对比表模型一Y方向顶点位移地震波T1T2RG峰值大小（mm）31.3736.5631.45时间（s）1.339.804.2225三条地震波顶点位移时程曲线对比图201510）5mm0051015202530354045‐5位移（‐10T1波T2波‐15RG波‐20‐25时间（s）图5-7模型一顶点位移时程曲线对比图根据表5-3、表5-4显示结果可知，在时程分析下，地震作用最大响应，即顶点位移峰值大小，X、Y两个方向从大到小均依次为：T2波顶点位移、RG波顶点位移、T1波顶点位移，从这个顶点位移大小关系来讲，可以初步得出一个结论：T2波对于结构的地震作用最大，RG波其次，T1波最小。但这个结果只是针对位移峰值而言，只是单一的时刻点，还需要对顶点在地震持续时间内对比其波动情况，现依据时程数据绘制模型一在T1波、T2波、RG波作用下的顶点位移时程曲线包络图（图5-7）来对各个时间点的位移波动情况做对比。从图5-7可以看出，整体波动最剧烈为T2波作用下的顶点时程曲线，而对于T1波和RG69 成都理工大学硕士学位论文波而言，前5秒RG波作用下的波动更剧烈，5秒以后T1波作用下的波动更剧烈，产生的原因与输入地震波本身的频谱特性有关，这个结果与输入地震波本身的频谱特性相吻合。从这个对比也可以看出如果单从地震响应峰值大小来对比结构对于地震的响应情况是比较片面的、比较单一的，要结合结构地震响应的时程变化来综合判断其地震响应的情况。就峰值出现时间而言，三条地震波最大响应出现时间均不相同，相对而言T2波作用下的最大响应出现时间较晚，可以说明不同的地震波输入，结构出现最大响应的时刻也是不一样的。5.2.2模型二结构顶点位移时程分析（1）模型二顶点位移时程曲线图提取ETABS计算所得时程曲线，得到图5-8、5-9、5-10，分别为模型二在T1波、T2波、RG波作用下的双向顶点位移时程曲线图：（a）T1波X向顶点位移（b）T1波Y向顶点位移图5-8T1波顶点位移时程曲线图（a）T2波X向顶点位移（b）T2波Y向顶点位移图5-9T2波顶点位移时程曲线图70 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析（a）RG波X向顶点位移（b）RG波Y向顶点位移图5-10RG波顶点位移时程曲线图（2）模型二在三条地震波作用下的结构顶点位移对比分析由图5-8、5-9、5-10可得到地震作用产生的位移峰值及其出现时间，具体数据如表5-4、5-5所示。表5-4X方向不同地震波地震响应对比表模型二X方向顶点位移地震波T1T2RG峰值大小（mm）22.4723.7723.58时间（s）5.007.523.94表5-5Y方向不同地震波地震响应对比表模型二Y方向顶点位移地震波T1T2RG峰值大小（mm）31.8839.3234.98时间（s）3.609.644.2671 成都理工大学硕士学位论文30三条地震波顶点位移时程曲线对比图2010）mm0051015202530354045位移（‐10T1波T2波‐20RG波‐30时间（s）图5-11模型二顶点位移时程曲线对比图根据表5-4、表5-5显示结果可知，在时程分析下，地震作用最大响应，即顶点位移峰值大小，X、Y两个方向从大到小均依次为：T2波顶点位移、RG波顶点位移、T1波顶点位移，这个规律与模型一保持一致，从这个顶点位移大小关系来讲，可以初步得出一个结论：T2波对于结构的地震作用最大，RG波其次，T1波最小。但这个结果只是针对位移峰值而言，只是单一的时刻点，还需要对顶点在地震持续时间内对比其波动情况，现依据时程数据绘制模型二在T1波、T2波、RG波作用下的顶点位移时程曲线包络图（图5-11）来对各个时间点的位移波动情况做对比。从图5-11可以看出，整体波动最剧烈为T2波作用下的顶点时程曲线，而对于T1波和RG波而言，前10秒波动幅度相差不大，10秒后T1波作用下的顶点位移变化幅度明显高于RG波，就峰值出现时间而言，三条地震波最大响应出现时间均不相同，相对而言T2波作用下的最大响应出现时间较晚。5.2.3模型三结构顶点位移时程分析1、模型三顶点位移时程曲线图提取ETABS计算所得时程曲线，得到图5-12、5-13、5-14，分别为模型三在T1波、T2波、RG波作用下的双向顶点位移时程曲线图：72 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析（a）T1波X向顶点位移（b）T1波Y向顶点位移图5-12T1波顶点位移时程曲线图（a）T2波X向顶点位移（b）T2波Y向顶点位移图5-13T2波顶点位移时程曲线图（a）RG波X向顶点位移（b）RG波Y向顶点位移图5-14RG波顶点位移时程曲线图（2）模型三在三条地震波作用下的结构顶点位移对比分析由图5-12、5-13、5-14可得到地震作用产生的位移峰值及其出现时间，具体73 成都理工大学硕士学位论文数据如表5-6、5-7所示。表5-6X方向不同地震波地震响应对比表模型三X方向顶点位移地震波T1T2RG峰值大小（mm）24.0425.0624.59时间（s）4.605.264.10表5-7Y方向不同地震波地震响应对比表模型三Y方向顶点位移地震波T1T2RG峰值大小（mm）29.0842.7836.88时间（s）3.609.724.4030三条地震波顶点位移时程曲线对比图2010）mm0（051015202530354045位移‐10T1波T2波‐20RG波‐30时间（s）图5-15模型三顶点位移时程曲线对比图根据表5-6、表5-7显示结果可知，在时程分析下，地震作用最大响应，即顶点位移峰值大小，X、Y两个方向从大到小均依次为：T2波顶点位移、RG波顶点位移、T1波顶点位移，这个规律与模型一、模型二均保持一致，从三个模型的情况来看，这个规律可以得到确认。但这个结果只是针对位移峰值而言，只是单一的时刻点，还需要对顶点在地震持续时间内对比其波动情况，现依据时程数据绘制模型二在T1波、T2波、RG波作用下的顶点位移时程曲线包络图（图5-15）来对各个时间点的位移波动情况做对比。从图5-15可以看出，整体波动最剧烈为T2波作用下的顶点时程曲线，而对于T1波和RG波而言，前10秒波74 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析动幅度相差不大，10秒后T1波作用下的顶点位移变化幅度明显高于RG波，从整体波动情况来看也可以说明T2波对于结构的作用最大。就峰值出现时间而言，三条地震波最大响应出现时间均不相同，相对而言T2波作用下的最大响应出现时间较晚。5.2.4三个模型顶点时程位移对比分析（1）顶点位移峰值对比表5-8顶点位移对比表顶点位移（mm）X方向Y方向地震波模型一模型二模型三模型一模型二模型三T121.0822.4724.0431.3731.8829.08T222.7123.7725.0636.5639.3242.78RG21.4923.5824.5931.4534.9836.88根据表5-8数据，绘制三个模型在三种地震波的位移变化情况如图5-16所示。26顶点位移2524）23mm22位移（21T1T2RG2019123（a）顶点位移波动图75 成都理工大学硕士学位论文26T1T2RG25.062524.5924.0423.772423.582322.7122.472221.4921.08212019123（b）顶点位移对比图图5-16顶点位移时程分析结果显示图从图5-16可以看出两个现象，其一，无论是T1波、T2波还是RG波，当转换层由第三层升至第五层时，其顶点位移峰值是逐渐增加的；其二，三个模型均在T2波作用下的响应最大，RG波次之，T1波最小。对于第一个规律，转换层设置高度提高，时程分析结果与反应谱分析结果保持一致，均呈现出顶点位移增大的趋势，从时程分析的角度印证了随着转换层设置高度的提高，结构的整体侧向刚度是下降的趋势，从而导致顶点位移的增加。对于第二个规律，对比三个模型，均是在T2波作用时产生的顶点位移峰值最大，可以说明T2波最结构的作用最大，也可以说明不同地震波输入，对结构产生的地震响应是不一样的，是具有差异性的。（2）顶点位移时程曲线包络图根据位移峰值数据只能从单一的时刻去判断结构的位移是否超过了规范规定极限限值或者是否能够满足人体舒适度的最低要求，其结果不能表现结构在地震作用下的全过程行为状况，对此，还应该根据时程曲线的变化幅度去判断结构在地震作用的全过程中每个时刻点的位移幅度，从整体的变化幅度去判定大小关系，这样才能从整体去全面的判断结构在地震作用过程中的位移变化幅度情况。为对比三个结构模型顶点在各个时间点的顶点变化情况，根据ETABS时程分析数据分别绘制T1波、T2波、RG波作用下的时程曲线包络图，如图17、18、19所示：76 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析30T1波顶点位移时程曲线包络图2010）mm0（051015202530354045位移‐10模型一模型二‐20模型三‐30时间（s）图5-17T1波顶点位移时程曲线包络图50T2波顶点位移时程曲线包络图403020）10mm0（051015202530354045‐10位移‐20模型一模型二‐30模型三‐40‐50时间（s）图5-18T2波顶点位移时程曲线包络图77 成都理工大学硕士学位论文40RG波顶点位移时程曲线包络图302010）0mm051015202530354045（‐10位移‐20‐30模型一模型二‐40模型三‐50时间（s）图5-19RG波顶点位移时程曲线包络图从图5-17、18、19可以明显看到，在三条不同地震波（T1波、T2波、RG波）作用下，模型三的时程曲线图波动幅度均明显高于模型一和模型二，而模型二波动幅度又高于模型一，说明在地震作用的持续时间段内，其结构顶点位移各个时刻的响应最大为模型三（转换层位于第五层），其次为模型二（转换层位于第四层），最小为模型一（转换层位于第三层），也即是从时程分析的角度证明了对于同一条地震波作用时，转换层设置高度升高，其结构顶点在地震作用下的位移幅度更大，也可以说结构顶部的摇摆幅度越大，这与反应谱分析结果一致，但不同的是反应谱的结果只能证明转换层设置位置升高，结构顶部位移的最大响应值是增大的，而从时程分析角度看，转换层设置位置升高，结构顶点在绝大多数时刻的把位移幅度都是增大的，这个结果更具有真实性与可靠性。综上所述，无论是从反应谱分析与时程分析结果都显示，随着转换层设置高度的升高，结构顶点位移增大，从而可以证明了结构的刚度降低。5.3时程分析下的结构基底剪力这一小节的基底剪力反映结构基底剪力在各时间点的大小变化，得到结构在三种不同地震波（T1波、T2波、RG波）作用下结构基底剪力的时程变化曲线。5.3.1模型一结构基底剪力时程分析（1）模型一结构基底剪力时程曲线图78 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析提取ETABS计算所得时程曲线，得到图5-20、5-21、5-22，分别为模型一在T1波、T2波、RG波作用下的双向基底剪力时程曲线图（单位：N）：（a）T1波X向基底剪力（b）T1波Y向基底剪力图5-20T1波基底剪力时程曲线图（a）T2波X向基底剪力（b）T2波Y向基底剪力图5-21T2波基底剪力时程曲线图（a）RG波X向基底剪力（b）RG波Y向基底剪力图5-22RG波基底剪力时程曲线图79 成都理工大学硕士学位论文（2）模型一在三条地震波作用下的基底剪力对比分析由图5-20、5-21、5-22可得到地震作用产生的基底剪力峰值大小及其出现时间，具体数据如表5-9、5-10所示。表5-9X方向不同地震波地震响应对比表模型一X方向基底剪力地震波T1T2RG峰值大小（kN）587659116194时间（s）4.909.403.98表5-10Y方向不同地震波地震响应对比表模型一Y方向基底剪力地震波T1T2RG峰值大小（kN）491753515158时间（s）6.729.542.16计算出来的结果显示，在峰值大小方面，X、Y两个方向上均是T2波产生的基底剪力最小，X方向最大基底剪力由T1波产生，Y方向最大基底剪力由RG波产生。在出现时间方面，X、Y方向均是RG波最早。同时也可以看到模型一在三种地震波作用下的时程分析结果与反应谱分析法计算结果是有差异的。5.3.2模型二结构基底剪力时程分析（1）模型二结构基底剪力时程曲线图提取ETABS计算所得时程曲线，得到图5-23、5-24、5-25，分别为模型二在T1波、T2波、RG波作用下的双向基底剪力时程曲线图（单位：N）：（a）T1波X向基底剪力（b）T1波Y向基底剪力图5-23T1波基底剪力时程曲线80 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析（a）T2波X向基底剪力（b）T2波Y向基底剪力图5-24T2波基底剪力时程曲线图（a）RG波X向基底剪力（b）RG波Y向基底剪力图5-25RG波基底剪力时程曲线图（2）模型二在三条地震波作用下的基底剪力对比分析由图5-20、5-21、5-22可得到地震作用产生的基底剪力峰值大小及其出现时间，具体数据如表5-9、5-10所示。表5-10X方向不同地震波地震响应对比表模型二X方向基底剪力地震波T1T2RG峰值大小（kN）573954195787时间（s）4.945.624.02表5-11Y方向不同地震波地震响应对比表模型二Y方向基底剪力地震波T1T2RG峰值大小（kN）430343714812时间（s）3.043.344.3881 成都理工大学硕士学位论文计算出来的结果显示，在峰值大小方面，X方向上RG波产生的基底剪力最大，T2波其次，T1波最小，Y方向上T2波产生的基底剪力最大，RG波其次，T1波最小.在出现时间方面,X、Y方向均是T2波最晚。同时也可以看到模型三在三种地震波作用下的时程分析结果与反应谱分析法计算结果是有差异的。5.3.3模型三结构基底剪力时程分析（1）模型三结构基底剪力时程曲线图提取ETABS计算所得时程曲线，得到图5-26、5-27、5-28，分别为模型三在T1波、T2波、RG波作用下的双向基底剪力时程曲线图（单位：N）：（a）T1波X向基底剪力（b）T1波Y向基底剪力图5-26T1波基底剪力时程曲线图（a）T2波X向基底剪力（b）T2波Y向基底剪力图5-27T2波基底剪力时程曲线图82 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析（a）RG波X向基底剪力（b）RG波Y向基底剪力图5-28RG波基底剪力时程曲线图（2）模型三在三条地震波作用下的基底剪力对比分析由图5-20、5-21、5-22可得到地震作用产生的基底剪力及其出现时间，具体数据如表5-11、5-12所示。表5-11X方向不同地震波地震响应对比表模型三X方向基底剪力地震波T1T2RG峰值大小（kN）494346825339时间（s）4.029.463.86表5-12Y方向不同地震波地震响应对比表模型三Y方向基底剪力地震波T1T2RG峰值大小（kN）400645114221时间（s）11.5811.264.42计算出来的结果显示，在峰值大小方面，X方向上RG波产生的基底剪力最大，T1波其次，T2波最小，Y方向上T2波产生的基底剪力最大，RG波其次，T1波最小。在出现时间方面，X、Y方向均是T2波最晚。同时也可以看到模型三在三种地震波作用下的时程分析结果与反应谱分析法计算结果是有差异的。5.3.4三个模型基底剪力时程结果对比分析（1）基底剪力峰值对比83 成都理工大学硕士学位论文表5-13基底剪力对比表基底剪力（kN）X方向Y方向地震波模型一模型二模型三模型一模型二模型三T1587657394943491743034006T2591154194682535143714511RG619457875339515848124221基底剪力（kN）587657394943123模型一模型二模型三图5-29T1波作用下基底剪力对比基底剪力（kN）591154194682123模型一模型二模型三图5-30T2波作用下基底剪力对比84 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析基底剪力（kN）619457875339123模型一模型二模型三图5-31RG波作用下基底剪力对比从图5-29、5-30、5-31均可以看出，T1波、T2波、RG波作用下的基底剪力峰值大小均呈现出同一种规律：模型一的基底剪力峰值最大，模型二次之，模型三最小，这个规律与5.2节顶点位移变化规律刚好相反，随着转换层设置高度的增大，结构在时程分析下的基底剪力峰值是呈现出下降规律的，根据地震作用的受力大小关系，结构的刚度越大受到的地震作用越大，那么结构产生的基底剪力的大小就与结构的刚度呈正相关关系，由此可以看出，转换层设置高度提高，结构基底剪力降低，也即是结构刚度降低。这个结论与反应谱分析计算结果基本一致。（2）基底剪力时程曲线包络图根据位移峰值数据只能从单一的时刻去判断结构的基底剪力最大时刻的大小，其结果不能表现结构在地震作用下的全过程行为状况，对此，还应该根据时程曲线的变化幅度去判断结构在地震作用的全过程中每个时刻点的基底剪力变化情况，从整体的变化幅度去判定大小关系，这样才能从整体去全面的判断结构在地震作用过程中的基底剪力变化幅度情况。为对比三个结构模型顶点在各个时间点的基底剪力变化情况，根据ETABS时程分析数据分别绘制T1波、T2波、RG波作用下的时程曲线包络图，如图5-32、33、34所示：85 成都理工大学硕士学位论文8000000T1波基底剪力6000000模型三4000000模型二模型一2000000）N0051015202530354045剪力（‐2000000‐4000000‐6000000‐8000000时间（s）图5-32T1波基底剪力时程曲线包络图8000000T2波基底剪力6000000模型三模型二4000000模型一2000000）N0剪力（051015202530354045‐2000000‐4000000‐6000000时间（s）图5-33T2波基底剪力时程曲线包络图86 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析8000000RG波基底剪力6000000模型三4000000模型二模型一2000000）N0剪力（051015202530354045‐2000000‐4000000‐6000000时间（s）图5-34RG波基底剪力时程曲线包络图从图5-32、5-33、5-34可以明显看到，在三条不同地震波（T1波、T2波、RG波）作用下，模型一的时程曲线图波动幅度均明显高于模型二和模型三，而模型二波动幅度又高于模型三，尤其是前10s这个变化规律尤其明显，10s以后地震波衰减，相差幅度变得不那么明显，说明在地震作用的持续时间段内，其结构基底剪力各个时刻的响应最大为模型一（转换层位于第三层），其次为模型二（转换层位于第四层），最小为模型三（转换层位于第五层），也即是从时程分析的角度证明了对于同一条地震波作用时，转换层设置高度升高，其基底剪力在地震作用下的大小变化幅度更大，这与反应谱分析结果一致，但不同的是反应谱的结果只能证明转换层设置位置升高，结构基底剪力的最大响应值是减小的，而从时程分析角度看，转换层设置位置升高，结构基底剪力大小在绝大多数时刻的大小变化幅度都是减小的，这个结果更具有真实性与实时性。综上所述，无论是从反应谱分析与时程分析结果都显示，随着转换层设置高度的升高，结构基底剪力减小，从而可以证明了结构的刚度降低。5.4时程分析与反应谱分析结果对比根据规范的要求，对于复杂高层建筑结构需要采用时程分析法对结构进行分析，来补充反应谱分析的结果。本节主要从楼层位移和底部剪力来对这两种分析方法得到的数据进行对比，横向比较三条地震波作用与谱分析下结构的位移变化情况。87 成都理工大学硕士学位论文5.4.1两种工况下底部剪力值对比高规中对于时程曲线计算结果中的底部剪力有最低限值要求，对单条时程曲线计算结果要求大于反应谱计算结果的百分之六十五，对多条时程曲线计算结果要求其平均值大于反应谱计算结果的百分之八十。（1）底部剪力数据根据ETABS反应谱分析以及时程分析结果，得到模型一、二、三分别在X方向和Y方向的结构底部剪力，剪力值如表5-12所示。表5-12底部剪力对比表底部剪力值（kN）X方向Y方向方法模型一模型二模型三模型一模型二模型三SPECT48394745459742554055405465%SPECT31463085298827662636263580%SPECT387237963677340432443243T1波513447914698434442834229T2波501049024533432339583938RG波530045774723449640094003三条波514847564651438740864056均值注：SPECT即振型分解反应谱法（2）底部剪力数据分析在表5-12中已根据《高规》要求分别按照65%与80%折减。可以从表5-12看出，T1、T2、RG所得结果与SPECT所得结果相比较均能满足高规的要求。综合三个模型，其反应谱法分析得到的基底剪力结果与时程分析法得到的基底剪力结果对比来看，是有差异的，这也是因为不同地震波对于同一栋结构的作用效应是有区别的，所以的得到的结果是不同的，但是结果变化范围都控制在规范的要求下，说明时程分析法得到的结果是可靠地，是具有参考价值的。88 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析5.4.2两种工况下楼层位移对比（1）楼层位移数据选取模型一、模型二、模型三作为对比对象，计算得到三条地震波作用下的楼层位移以及反应谱分析求得的楼层位移如表5-13、5-14、5-15所示。表5-13模型一楼层位移对比表楼层位移（mm）T1T2RGSPECT楼层X向Y向X向Y向X向Y向X向Y向1823.3734.2825.4735.2524.6834.7924.1734.051722.4732.5824.4033.5323.6733.0923.1832.291621.4830.7723.2531.6922.6031.2822.1330.611520.4428.8522.0429.7321.4629.362128.741419.3326.8820.7727.7420.2527.3719.8226.821318.1724.8619.4425.6818.9825.3118.5724.871216.9222.8318.0723.6117.6623.2517.2822.891115.6220.7716.6821.5316.3121.1815.9620.891014.3018.7015.2719.4514.9419.1014.6118.84912.9516.6213.8617.3513.5517.0213.2516.77811.6014.5912.4415.3012.1514.9811.8814.73710.2312.6411.0213.2710.7512.9910.5112.7168.9310.739.6011.279.3611.039.1610.7657.688.878.259.328.009.107.838.8646.487.146.987.516.707.316.557.1135.355.735.775.995.515.845.45.6623.433.703.693.833.513.763.463.6611.411.471.571.581.461.531.421.49注：SPECT即振型分解反应谱法表5-14模型二楼层位移对比表楼层位移（mm）T1T2RGSPECT楼层X向Y向X向Y向X向Y向X向Y向1826.0735.5328.6539.4127.1037.7226.4137.6289 成都理工大学硕士学位论文1725.0334.0327.4937.7626.0036.1025.3836.031623.9232.4126.2435.9924.8334.3724.2734.321522.7330.6524.9234.0723.5832.5123.132.491421.4828.7823.5231.9622.2630.5321.8530.531320.1626.8122.0629.7820.8928.4220.5428.461218.8024.7520.5527.5019.4926.2319.1726.31117.4122.6519.0025.1918.0623.9817.7724.061015.9920.5217.4322.8516.6321.7216.3321.78914.5718.3215.8820.5215.1719.4314.8819.5813.1316.1714.3418.2313.7117.1613.4217.23711.7114.1412.8315.9512.2814.9111.9615.01610.3112.3011.3713.7910.8812.8310.5412.9458.9510.749.9911.759.5210.989.211.0947.749.248.7210.048.279.4889.6235.856.886.457.636.127.166.017.323.544.023.834.553.734.243.654.211.431.441.571.721.511.631.471.59表5-15模型三楼层位移对比表楼层位移（mm）T1T2RGSPECT楼层X向Y向X向Y向X向Y向X向Y向1827.8736.3329.5441.2828.9439.8128.5340.041726.8934.9428.5139.6627.9138.3127.5338.561625.8733.4527.4037.9426.8136.6826.4536.961524.7531.8626.2236.1125.6534.9425.335.261423.5930.1824.9634.1524.4133.0924.0933.441322.3428.3923.6332.0923.1231.1222.8131.521221.0626.5222.2429.9421.7729.0821.4829.51119.7124.5920.7927.7320.3926.9620.127.421018.3522.6119.3225.5118.9624.8418.725.31916.9320.6117.8423.3217.5022.7317.2723.19815.5118.6416.3621.1916.0220.6715.8321.1714.1116.7714.9119.2114.5618.7614.4119.12612.7815.0913.5117.4613.1917.0513.0617.3390 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析511.5913.7712.2415.8511.9315.4711.8215.7749.5411.5010.0813.019.8512.779.7212.937.038.147.439.127.258.927.179.1224.104.534.305.114.204.954.165.1311.481.441.541.631.531.581.481.62（2）楼层位移结果分析根据表5-13、5-14、5-15数据绘制楼层位移对比图，如图5-23、5-24、5-25所示。40楼层位移对比T1X35T2X30EGX）25SPECTXmm20T1Y位移（15T2Y10RGY5SPECTY002468101214161820楼层图5-23模型一楼层位移对比图45楼层位移对比T1X40T2X35RGX30）25SPECTXmm20T1Y位移（15T2Y10RGY5SPECTY002468101214161820楼层图5-24模型二楼层位移对比图91 成都理工大学硕士学位论文45楼层位移对比T1X40T2X35RGX30）25SPECTXmm20T1Y（位移15T2Y10RGY5SPECTY002468101214161820楼层图5-25模型三楼层位移对比图从图5-23、5-24、5-25可以看出，三个模型X、Y两个方向的楼层位移曲线均重合度较高，说明三条地震波作用下的楼层位移差别并不大，时程分析与反应谱法结算结果较为接近。同时也可以看到模型一的曲线整体较平滑，说明其楼层位移变化较均匀，而模型三有明显的拐点，并且出现在转换层设置楼层的附近楼层，说明在此处有位移的变化。从顶层位移具体数值，分别计算T1波、T2波、RG波作用下X、Y两个方向上的顶层位移与反应谱法下顶层位移值偏差，其结果如表5-14、5-15所示。表5-14模型一顶层位移对比表模型一顶层位移（mm）T1波T2波RG波SPECT类别X方向Y方向X方向Y方向X方向Y方向X方向Y方向顶层位移23.3734.2825.4735.2524.6834.7924.1734.05与反应谱差值-0.8+0.23+1.3+1.2+0.51+0.7400差值百分比-3.3%+0.67%+5.3%+3.5%+2.1%+2.1%00表5-15模型二顶层位移对比表模型二顶层位移（mm）T1波T2波RG波SPECT类别X方向Y方向X方向Y方向X方向Y方向X方向Y方向顶层位移26.0735.5328.6539.4127.1037.7226.4137.62与反应谱差值-0.34-2.09+2.24+1.79+0.69+0.100差值百分比-1.2%-5.5%+8.4%+4.7%+2.6%+0.26%0092 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析表5-16模型三顶层位移对比表模型三顶层位移（mm）T1波T2波RG波SPECT类别X方向Y方向X方向Y方向X方向Y方向X方向Y方向顶层位移27.8736.3329.5441.2828.9439.8128.5340.04与反应谱差值-0.66-3.71+1.01+1.24+0.41-0.2300差值百分比-2.3%-9.2%+3.5%+3.1%+1.4%-0.57%00注：SPECT即振型分解反应谱法从表5-14、5-15、5-16的计算结果来看，三个模型X、Y两个方向上，三条地震波通过时程分析法计算出来的结果与反应谱分析结果相差不大，都控制在正负百分之十以内，整体水平上，三条地震波计算结果与反应谱计算结果还是比较接近的，说明时程分析的结果与反应谱法分析结果较为一致，可以作为结构抗震性能分析的参考依据。其中RG波产生的结构相对其他两条波与反应谱分析结果更为接近，其偏差均控制在3%以内。但是同样可以看到，不同地震波对于结构的地震响应影响差异也是有的，所以在对结构进行时程分析的时候要结合建筑场地实际情况选取合适的地震波，以求得更精确的数据。93 成都理工大学硕士学位论文5.4.3两种工况下弹性层间位移角对比（1）弹性层间位移角数据选取模型一、模型二、模型三作为对比对象，计算得到三条地震波作用下的层间位移角以及反应谱分析求得的层间位移角如表5-17、5-18、5-19所示。表5-17模型一层间位移角对比表层间位移角（×10-4）T1T2RGSPECT楼层X向Y向X向Y向X向Y向X向Y向183.015.663.585.733.355.663.295.55173.286.033.816.163.586.033.525.89163.486.44.036.533.86.43.746.22153.696.584.256.644.036.653.966.4143.886.714.436.864.236.854.156.53134.176.784.566.894.396.884.36.57124.326.864.656.934.516.94.416.69114.416.914.696.944.586.934.496.83104.56.924.76.994.626.944.526.8894.56.764.726.834.676.84.596.884.546.514.746.784.666.644.546.7474.356.384.736.664.646.534.516.5264.166.194.526.524.526.434.436.32545.774.236.034.355.954.265.8343.774.74.035.073.954.923.844.8234.274.514.624.794.454.624.334.4624.484.964.714.994.564.964.534.8213.143.263.493.523.243.393.163.31表5-18模型二层间位移角对比表层间位移角（×10-4）T1T2RGSPECT楼层X向Y向X向Y向X向Y向X向Y向183.485.013.895.513.665.43.445.31173.715.414.155.893.915.773.685.6894 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析163.965.844.416.394.166.193.926.1154.186.254.667.044.396.624.166.53144.386.574.877.294.567.014.376.91134.536.875.047.584.697.314.557.22124.646.985.167.724.767.54.697.46114.727.115.227.774.767.554.87.59104.747.335.187.794.887.624.837.694.827.165.147.644.847.584.877.5784.736.795.047.584.787.494.857.3974.656.114.867.214.676.944.736.9164.555.224.586.794.536.174.476.1554.014.984.245.724.164.984.014.9244.25.265.045.354.775.164.425.1535.156.345.846.855.326.485.246.2224.685.745.026.284.935.814.855.813.183.23.483.823.363.623.263.54表5-19模型三层间位移角对比层间位移角（×10-4）T1T2RGSPECT楼层X向Y向X向Y向X向Y向X向Y向183.264.653.455.373.444.993.354.95173.414.963.695.743.675.423.595.31163.715.283.936.123.875.833.825.68153.885.634.196.514.126.144.056.07144.185.944.436.874.326.594.266.41134.266.234.657.184.486.794.446.71124.496.464.827.374.627.054.596.93114.556.594.97.384.757.084.687.03104.716.664.957.324.877.044.767.0894.766.584.927.14.936.854.86.9884.666.224.856.594.866.384.736.5974.445.614.655.854.595.74.515.9563.964.414.245.344.175.264.125.2154.565.044.816.334.636.014.676.3995 成都理工大学硕士学位论文45.567.465.888.645.778.545.678.436.528.026.958.916.798.836.698.8525.826.886.147.735.947.485.947.813.293.193.423.623.393.523.33.61注：SPECT即振型分解反应谱法（2）楼层位移结果分析根据表5-17、5-18、5-19数据绘制层间位移角对比图，如图5-26至图5-31所示。6X方向层间位移角543层间位移角2T1T21RGSPECT002468101214161820楼层图5-26模型一X方向层间位移角对比图8Y方向层间位移角7654层间位移角3T12T21RGSPECT002468101214161820楼层图5-27模型一Y方向层间位移角对比图96 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析7X方向层间位移角6543层间位移角T12T2RG1SPECT002468101214161820楼层图5-28模型二X方向层间位移角对比图10Y方向层间位移864层间位移角T1T22RGSPECT002468101214161820楼层图5-29模型二Y方向层间位移角对比图8X方向层间位移角64层间位移角2T1T2RGSPECT002468101214161820楼层图5-30模型三X方向层间位移角对比图97 成都理工大学硕士学位论文10Y方向层间位移角864层间位移角T1T22RGSPECT002468101214161820楼层图5-31模型三Y方向层间位移角对比图从图5-26至图5-31可以看出，三个模型X、Y两个方向的层间位移角曲线均重合度较高，说明三条地震波作用下的层间位移角别并不大，时程分析与反应谱法结算结果较为接近。同时也可以看到随着转换层设置增大（模型一至模型三），其层间位移角的突变增大规律与第四章分析结果一致。从层间位移角具体数值，分别绘制其X、Y两个方向上的最大层间位移对比图，如图5-32、5-33所示（注：图中横坐标1、2、3、4分别对应T1、T2、RG、SPECT）X方向最大层间位移角模型一模型二模型三6.956.796.526.695.845.155.325.244.544.744.674.591234图5-32X方向最大层间位移角对比图98 第5章基于时程分析法对结构的抗震分析Y方向最大层间位移角模型一模型二模型三8.918.838.858.027.797.627.67.336.926.996.946.881234图5-33Y方向最大层间位移角对比图由图5-32、5-33可以看出，T1、T2、RG、SPECT结果相差并不大，同时也可以看出，模型三的最大层间位移角最大，模型二其次，模型一最小，时程分析结果规律与反应谱分析计算结果规律保持一致，验证了其可靠性。5.5本章小结这一小节主要是对结构进行了弹性时程分析，输入三种不同的地震波，得到了结构的顶点位移时程曲线，结构基底剪力时程曲线。通过这些曲线可以动态的看到结构在地震作用下的变形表现，尤其是在各个时间点的变形大小的变化，通过计算分析，得到了如下结论：（1）无论是T1波、T2波还是RG波，当转换层由第三层升至第五层时，其顶点位移是逐渐增加的，这说明时程分析结果显示的顶点位移变化规律与反应谱分析结果的规律是一致的，同时也说明了随着转换层设置高度的提高，结构的整体侧向刚度是下降的趋势，从而导致顶点位移的增加。（2）无论是模型一、模型二还是模型三，其顶点位移峰值的最大值均在T2波作用时产生，说明T2波对于三个模型的地震效应更强烈。并且从其时程曲线包络图看出，各个时刻点上的顶点位移幅度均为模型三最大，模型二其次，模型一最小。（3）从转换层设置在第三层升至第五层这个过程中，依据结构受力原理来说，一般刚度越高受到的地震作用越大，那么基底剪力的变化应该是呈现降低的趋势的，时程分析结果显示，三个模型的基底剪力是呈现降低规律，说明结构刚99 成都理工大学硕士学位论文度也是降低的。（4）三个模型，其反应谱法分析得到的基底剪力结果与时程分析法得到的基底剪力结果对比来看，是有差异的，这也是因为不同地震波对于同一栋结构的作用效应是有区别的，所以的得到的结果是不同的，但是结果变化范围都控制在规范的要求下，说明时程分析法得到的结果是可靠地，是具有参考价值的。（5）楼层位移对比结果显示RG地震波作用下产生的楼层位移值、层间位移角与反应谱法计算所得到的楼层位移值、层间位移角最为接近，偏差都控制在3%以内，而T2地震波作用产生的层间位移值与反应谱法计算结果相差最大。但是整体水平上，三条地震波计算结果与反应谱计算结果还是比较接近的，最大偏差都控制在10%以内，说明时程分析的结果与反应谱法分析结果较为接近。100 结论结论带梁式转换层的高层建筑结构，属于复杂高层建筑结构形式，其受力形式复杂，在地震作用下更是如此。本文就转换层高度这一影响因素对带梁式转换层高层建筑的结构的抗震性能进行分析。分析方法主要是在工程实例的基础上改变其转换层的设置高度，对比讨论转换层位置的改变对于结构的受力性能有哪些影响。为此本文采用了有限元分析软件建模计算分析，通过反应谱法和时程分析法分析结构在地震作用下的受力性能，研究转换层位置的改变对其抗震能力的影响。具体方法是通过计算分析得到结构抗震性能指标来进行对比分析。经过计算分析，得到了如下结论：（1）自振周期的横向对比显示，当转换层分别位于结构第3层、第4层、第5层时，结构的自振周期呈现处上升的规律，说明转换层设置的楼层越高就会使得结构下部柔性部分（框架）增加而上部刚性部分（剪力墙）减少，从而结构整体刚度下降，结构的自振周期就会增大。自振周期的纵向对比显示，前三阶振型对于水平地震作用起到了主要控制作用，随着转化层高度的增加，高阶振型的作用也会变得明显；（2）结构层间位移的对比显示，当转换层分别位于结构的第3层、第4层、第5层时，结构的层间位移值是出现整体上升的趋势。并且，在转换层附近出现了层间位移的突变，这是由框支部分结构较柔与框支部分层高相对较高这两方面原因导致的。当转换层设置在第4层时，其层间位移最大值比设置在第3层时提高了15%；转换层设置在第5层时，其层间位移最大值比设置在第4层时提高了27%，说明随着转换层设置位置的上升，结构的层间位移最大值的增长幅度也更大；（3）结构弹性层间位移角的对比显示，随着转换层位置的升高，结构的层间位移角是出现整体上升的趋势，并且其层间位移角最大值出现楼层随着转换层设置高度的提高而下移，当转换层设置在第3层时，其最大层间位移角出现在第10层，转换层设置在第4层时，最大层间位移角出现在第9层，转换层设置在第5层时，最大层间位移角出现在了转换层以下。此外，层间位移角曲线在转换层附近是有“拐点”的，可以说明在转换层附近的刚度是有变化的；（4）楼层位移的对比显示，随着转换层设置位置的升高，3个模型的楼层位移曲线均出现“拐点”，说明在转换层位置还是有一定的位移不均匀变化的。横向对比来看，当转换层设置在第5层时，曲线的“拐点”要比另两个模型更明显，说明随转换层设置位置的升高，在转换层附近的位移不均匀变化更大，刚度101 成都理工大学硕士学位论文变化更大。楼层位移值的大小随转换层设置高度的提高而增加，这是由于转换层设置位置提高结构整体刚度降低了，位置随之增大，但是顶层的楼层位移差别并不大，偏差大小都在3mm范围内；（5）结构剪力的对比显示，无论是转换层设置在第3层、第4层或者是第5层的时候，在上部剪力墙结构和下部框支结构交接的层均出现了小幅度的剪力突变，这说明了由于上下结构形式的不一致，在转换处会由于刚度的增大而产生剪力的增大。还可以看到结构的基底剪力随转换层设置位置的提高而减小，这是由于结构刚度减小使得受到的地震作用变小，从而基底剪力减小；（6）对于结构顶点位移的时程分析显示，无论是T1波、T2波还是RG波，当转换层由第3层升至第5层时，其顶点位移是逐渐增加的，与反应谱计算结构保持一致，印证了随着转换层设置高度的提高，结构的整体侧向刚度是下降的趋势，从而导致顶点位移的增加。此外，三个模型的其顶点位移峰值的最大值均在T2波作用时产生，说明T2波对于三个模型的地震效应更强烈；（7）依据结构受力原理，一般刚度越高受到的地震作用越大，那么受到的基底剪力就越大，结构基底剪力的时程分析显示，转换层由设置在第3层升至第5层的过程中，T1波和RG波作用时结构的基底剪力是逐渐减小的，而T2波所显示结果没有明显的规律，说明不同地震波所产生的结果可能会产生明显的差异，所以在选取地震波的时候要选取合适的地震波；（8）时程分析与反应谱分析结果对比显示，三个模型，其反应谱法分析得到的基底剪力与时程分析法得到的基底剪力是有差异的，这是因为不同地震波对于同一栋结构的作用效应是有区别的，所以的得到的结果是不同的，但是结果变化范围都控制在规范要求的65%和80%两个限值范围内；楼层位移对比结果显示，RG地震波作用下产生的楼层位移值与反应谱法计算所得到的楼层位移值最为接近，偏差都控制在2%以内，而T2地震波作用产生的层间位移值与反应谱法计算结果相差最大。但是整体水平上，三条地震波计算结果与反应谱计算结果还是比较接近的，最大偏差都控制在10%以内；对于结构设计的建议如下：（1）从结构的平面布置来讲要力求平面规则，X、Y方向的抗侧力构件尽量均匀对称布置，这样可以有效控制结构两个方向上的位移偏差，使结构在地震作用下变形更协调。（2）从结构竖向布置来讲，在框支部分和转换层部分尤为重要，由于框架结构本身较柔的先天特性，使得在设计的时候要特别注意采取加强措施，尤其是转换层设置较高时，这样做可以有效降低框支层的位移突变，把这个突变控制在102 成都理工大学硕士学位论文合理的范围以内。（3）在设计带转换层结构时，落地剪力墙要尽可能对称布置，电梯间设置在结构平面中部位置，这样可以形成类似的筒体结构，这在控制框支层层间位移角突非常有效。（4）在控制整体刚度的时候，要采用等效刚度比这一指标，这样可以更准确更真实的衡量地震作用对于结构在转换层上下刚度突变的影响程度。本文的不足（1）本文主要针对转换层设置高度这一变量来研究结构的整体抗震性能，还可以考虑改变其它条件来研究分析；（2）本文的分析注重整体结构的受理性能分析，没有对局部构件进行详细分析，还可以进一步研究转换梁构件或者框支柱构件在地震作用下的受力性能分析；（3）罕遇地震作用下，还可以进行非线性的受力分析，研究结构塑性铰的工作性能，本文所采用结构并没有超限，故此没有采用；（4）由于没有试验条件，本文仅做了数值模拟的工作，如果可能还可以进行针对转换梁做相关试验研究。103 成都理工大学硕士学位论文致谢光阴荏苒，硕士研究生的学习即将结束，三年的学习生活使我受益匪浅。经历大半年时间的磨砺，硕士毕业论文终于完稿，回首大半年来收集、整理、思索、停滞、修改直至最终完成的过程，我得到了许多的关怀和帮助，现在要向他们表达我最诚挚的谢意。首先，我要深深感谢我的导师范涛老师。范老师为人谦和，平易近人。在论文的选题、搜集资料和写作阶段，范老师都倾注了极大的关怀和鼓励。在论文的写作过程中，每当我有所疑问，范老师总会放下繁忙的工作，不厌其烦地指点我；在我初稿完成之后，范老师又在百忙之中抽出空来对我的论文认真的批改，字字句句把关，提出许多中肯的指导意见，使我在研究和写作过程中不致迷失方向。她严谨的治学之风和对事业的孜孜追求将影响和激励我的一生，她对我的关心和教诲我更将永远铭记。借此机会，我谨向范老师致以深深地感谢。其次，我还要感谢成都理工大学环境与土木工程学院王小群、胡潇、徐湘涛、徐钟、赵晓、吴玉友、周舒、高涌涛等老师，正是因为有了他们严格、无私、高质量的教导，我才能在这几年的学习过程中汲取专业知识和迅速提升能力；同时也感谢这三年来与我互勉互励的诸位同学，感谢我的室友：晏洪刚、赵普意、周辀等同学在生活上的帮助，给予在各位同学的共同努力之下，我们始终拥有一个良好的生活环境和一个积极向上的学习氛围，能在这样一个团队中度过，是我极大的荣幸.衷心感谢同门兄弟姐妹蒋正波、任远、赵蒙、刘睿、王冬梅、张俊、王勋、董静、刘放、王林、廖继飞、陈东祖在论文和生活方面给予的帮助和支持。特别感谢父母多年来无微不至的关心和呵护，是他们给了我生命、爱、信心与激情，在此向我的父母献上最深深的祝福，愿他们健康、快乐、长寿！最后，我要感谢参与我论文评审和答辩的各位老师，他们给了我一个审视几年来学习成果的机会，让我能够明确今后的发展方向，他们对我的帮助是一笔无价的财富。我将在今后的工作、学习中加倍努力，以期能够取得更多成果回报他们、回报社会。再次感谢他们，祝他们一生幸福、安康!104 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