高层建筑厚板转换层设计实例

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1、第十七届全国高层建筑结构学术会议论文2002年高层建筑厚板转换层设计实例刘彦生1郑茹1张崇厚2潘安平1沈敏霞清华大学建筑设计研究院．北京1000842清华大学上术工程系，北京100084提要本文以北京某高层住宅为例，介绍丁转换厚板的分析方法，以有限元计算为_T具，重点探讨rI：部结构和下部支撑对转换厚板受力和变形的影响。关键词厚板转换，有限元计算，上部结构，下部支撑1工程概况本工程为中国科学院北郊北生活区住宅项目(风林绿洲)第三期工程，位于北京市朝R{区北沙滩。工程依使用功能可划分为主楼和地下车库两部分，其中主楼地上十一层、地r一层，通过转换层支撑于地下车库顶板

2、上；车库为地下两层。转换板处结构平面布置见图1。{’{±黔{F^jj·封，◆i●l浮料二}_I’}●+fm一一rl。】％．。’l·?’·i：jriz『I圈1转换板处结构平面图本工程主楼采用剪力墙结构，通过转换板作用于地下车库，转换板厚1200mm：地F刘彦生．男．196510出生，硕士．高级工程师一593—第十七届全国高层建筑结构学术会议论文2002年车库采用框支——剪力墙结构，框支柱900×1000mm2，框支转换墙厚600mm。目前作为转换层结构形式，在8。区厚板转换层不直位于地面以上“1。因厚板本身质量很大，参与振动后振型比较复杂，较难准确分析：另外，厚板

3、本身的大质量，在振动过程中势必对其下部结构造成很大的不利影响。本工程转换板在地下一层底板，上述困难基本可以克服。上部结构通过转换扳将荷载传至其下部结构，而转换板本身不参与振动。2转换板分析方法介绍转换板上部结构为十二层的剪力墒结构，刚度很大，与转换板形成一个刚度更大的整体，转换板则是这个整体结构的底板。由此可初步判断转换板的弯矩不会很大。本工程对转换板的分析按以下几种方法进行。2．1简化手算方法假定上部结构荷载全部传至转换板，转换板按无梁楼盖计算。此方法不能考虑上部结构与转换板的整体协同工作，与实际受力状况存在较大误差，计算结果弯矩值偏大，偏于安全，常用于方案设

4、计阶段的估算，也可用于对其他方法计算结果的定性校核。2．2厚板TBPLAN分析计算该软件是中国建筑科学研究院结构所高层室开发的。该方法将上部结构的接体计算结果，包括各墙肢及各竖向构件的内力作为荷载作用于厚板上，厚板本身采用厚板单元有限元方法分析。厚板的支撑为刚性杆，不参与变形分析。因厚板的分析采用了有限元方法，较之手算或交叉梁系计算模型的结果误差较小：但该软件不能考虑上部结构与转换板的整体作用，且板的支撑柱墙的刚性假定与实际情况有出入，因而在柱墙附近板的计算结果误差较大口]。同样该方法对弯矩的计算是偏大的。2．3考虑上部结构和下部支撑影响的有限元方法计算软件采用

5、通用有限元分析程序Algor(R)。上部结构以墙单元方式，厚板以块体单元方式，厚板的支撑同样被分为不同的块体单元。这样，既考虑到上部结构与转换板的整体工作，板的F部支撑也参与了变形计算。本工程转换板上部结构共有十二层，板下部支撑共两层。考虑计算机容量和计算速度等冈素，计算时不可能也没必要将所有上部结构及下部支撑都输入几何模型。此处采用的有限元模型仅包括转换板及其紧邻的上面三层结构和下面一层的柱墙。模型的几何尺寸均按照实际工程的构件尺寸建立，构件的位置和实际工程相符。为了简化模型，门洞上部的连粱没有输入模型，这样并不影响转换板的计算精度。转换板下部支撑的底部节点均

6、被约束，其各方向的自由度都受到限制。转换板及其下部支撑的柱墙均采用空间块状单元，转换板单元的划分详见图2。划分单元的原则是保证上下层的柱墙等构件的空间位置与实际相符，同时细分柱子的局部条带以保证柱子内力和变形的准确性。．一594-——第十七届全国高层建筑结构学术会议论文2002年转换詹板下表面(从z辅负问观察)阁2转换板的网格划分转换板划分为5层，每层厚0．24m。板上部的三层结构采用了壳体单元，壳体单元的厚度与实际的构件厚度相同。由于转换板上部结构的荷载取自TBSA的计算结果，已包含结构自重，所以上部结构的密度取为0。最上层的顶板用来模拟三层以上所有各层结构组

7、成的整体效果，而三层以上各层的墙和楼板组成一个空间刚度非常大的箱形结构，因此在输入最上层顶板的材料特性时，相关的刚度参数取值远大于其他的结构单元。转换板以上的楼层产生的竖向荷载和地震作朋产生的水平荷载取自TBSA的计算结果。根据TBSA的输出结果，得到竖向荷载的标准值和由于地震作用在转换板处产生的水平总剪力Q。及总弯矩^f0，进行有限元计算时，乘以1．3的组合系数。通过在三层刚性顶板施加等值的竖向集中力来等效模拟上部结构的竖向荷载；上部结构产生的地震组合荷载则通过在三层刚性顶板旃加水平荷载和节点弯矩的方法来实现，水平荷载的大小与组合地震剪力Q。相同，节点弯矩等予

8、组合底部弯矩M。减去水平