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1、厚板转换层结构设计探析 摘要：随着建筑功能多样化的方向发展,尤其是沿街的高层建筑和商住楼,建筑功能往往要求上部是中、小柱网,下部为大空间。为了满足建筑功能的要求,就必须进行结构转换,设置转换层。本文结合工程实例,扼要分析了厚板转换层的计算与受力分析。关键词：厚板转换层；结构设计分析中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：概论近年来，随着我国经济和科学技术的飞速发展，高层建筑空间使用也趋向多层次、多功能发展。因而，复杂化、综合化建筑随之如雨后春笋般拔地而起。建筑物的这种多元化发展，使得结构在竖向必须具有不同的柱网及墙体布置，上部小空间，下部大空间，而在大小空间
2、衔接处需要设置结构转换层。由于转换层承托着上部建筑巨大的竖向荷载，又处于内力状态与边界条件都很复杂的高层建筑底部，是整个结构的关键部位。一、工程实例某工程总建筑层数为17层,建筑总面积19320㎡。其中地下一层,地上16层,地下一层为设备用房及停车场,层高4.2m；首层为住户大厅及商铺,6层高为4.5m；二层为商铺,层高5.5m；3层至16层为住宅,层高3.5m,建筑物总高度为56.1m。二层天面设置转换层,转换板厚度为2m，混凝土强度为C40，抗震设防为6度。本工程最大难点为一、二层要求大空间,柱网规整(8m×8m),而上部为商住楼,剪力墙布置较零散,很多剪力墙
3、没有落在柱网上,与转换层以下的柱网错开较多,因而存在二次或三次转换的问题。由于建筑使用及管道布置的要求，结构上采用板式转换，板式转换能够实现结构的三维转换,转换层上、下柱网可以灵活布置。所以本工程最终决定采用厚板转换层。二、高层建筑厚板转换层结构的实例计算分析从计算精度和工程反复修改计算两方面考虑，该工程确定采用设置虚梁的分析方法进行计算分析。设置虚梁的分析方法是指先采用高层建筑结构空间有限元分析与设计软件(如PKPM系列中SATWE)中定义的虚梁,建立柱联节点或无柱联节点网以形成转换板上、下部结构的力的传递,使转换板参与结构整体计算分析,再采用PKPM系列中的S
4、labCAD程序对转换板进行局部有限元分析。对厚板而言,剪切变形很重要。PKPM系列中的SlabCAD程序所采用的板单元为基于Mindlin假设的中厚板通用八节点等参单元,计算精度较高。2.1结构的整体计算分析。经过SATWE的整体计算,得出以下几点:①底部为大空间的高层建筑,6其结构的薄弱层在转换层的附近几层,设计时应使转换板上、下部结构的等效侧向刚度比控制在0.6～1.3之间；②在地震作用下,带厚板转换层的高层建筑结构,其总体受力特征与底层大空间剪力墙结构相似。在转换板处,剪力有较大的突变,与转换板连接的上下部构件处会产生应力集中,设计时应加强构造措施；③设计
5、时应重点验算转换层附近几层构件的承载力和层间位移角。2.2转换板局部有限元的分析。将SATWE的整体数据转入到SlabCAD程序中,截取的层模型包括转换层的楼板、梁、柱、剪力墙和上层的柱、剪力墙,其中转换层的梁、柱、剪力墙对楼板的约束作用通过其单元刚度在总刚度矩阵中直接反映出来,上层的柱、剪力墙对楼板的约束作用通过SATWE分析的柱、剪力墙底内力和节点位移放映出来。转换板的单元尺寸控制在1米以内,共计4840个节点和1140个中厚板单元。本工程转换板以1～11轴为例,转换板挠度见图1。由转换板的挠度等值线图可以看出，转换板的挠度很小，这说明转换板在平面内、外有很大
6、的刚度。也说明此计算方法合理，数据结果符合工程实际情况。图1转换板挠度等值线图（mm）62.3转换板的弯矩分析。由弯矩等值线图可以看出，在以柱为支座处的转换板的位置均为负值，且绝对值很大，只分布于支座周围的一定小范围内；在剪力墙支座处沿着剪力墙长度方向呈两端绝对值大而中间小的不均匀分布；在核心筒附近双向弯矩向井筒的角部位置集中；转换板的正弯矩分布范围较大，在上部结构荷载作用大或跨度大的位置弯矩值就大，但正弯矩值与相应的负弯矩的绝对值相比要小。在下部结构轴线，即柱上板带位置上弯矩分布与连续梁的弯矩分布类似；在上部结构剪力墙线荷载作用处弯矩变化小，整个板的弯矩分布与无
7、梁楼盖的弯矩分布类似。挠度的极值点一般都对应着X向和Y向的极值点，这与实际情况是一致的，亦证明计算方法是合理、正确的。三、转换层厚板的结构设计分析同时转换板的强度也直接影响着整个建筑物的安全。根据计算结果，转换层上、下层刚度变化很大，形成结构的薄弱层，这显然是非常不利抗震设计的。针对以上情况，在本工程中采取了以下结构设计优化措施：63.1支承和模板系统设计。转换层厚板属于大体积混凝土。若采用一次性浇筑，模板支承难度较大；若采用通天支撑，即从地下室设置支撑，直到转换厚板层底部来支撑模板，其人力、物力消耗太大，也不可取；若采用以厚板相邻下层为支撑底板，以支撑转换层底部
8、模板的方法
