钢筋混凝土结构高位转换抗震性能分析

钢筋混凝土结构高位转换抗震性能分析

钟庆

钟庆

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州510060）

摘要：随着经济社会的发展，建筑的使用功能不断多样化，带转换结构的高层建筑迅速发展。在一些地震区，许多带转换层结构的转换层一般位于三至六层，个别工程转换层甚至位于更高处。然而，由于转换层上、下层的竖向刚度发生突变，使得结构在转换层附近的内力、层间位移角等发生突变，从而形成薄弱层，对结构的抗震性能不利，尤其转换层处于较高位置时，更为不利。因此，对处于不同高度转换层的抗震性能进行分析研究有利于高层建筑的发展。

关键词：高层建筑，转换层，高位转换

1概述

近二三十年来，随着大量复杂的高层建筑如雨后春笋般涌现出来，为了满足人们现代生活的需要，高层建筑结构不断向体形向着复杂、规模大、造型新颖、功能多样的方向发展。比如，在一座复杂的商业建筑结构中，上部楼层中需要布置旅馆、住宅等；而下部楼层布置商店、餐馆和文化娱乐设施，这样的话沿着房屋高度方向建筑功能就会发生变化。这就要求结构上部布置小开间的轴线和较多的墙体，而下部则要求柱网尽量稀疏，墙体尽量少[1]。

而从结构的受力上来看，由于高层建筑下部楼层受力很大，上部楼层受力相对较小，正常的结构布置应该是下部刚度大、墙体多、柱网密，到上部渐渐减少墙、柱的数量，以扩大柱网，这样，结构的正常布置跟建筑功能对空间的要求正好相反，因此，为满足建筑结构功能的需要，必须对其进行“反常规设计”，即上部布置小空间，下部布置大空间，而为了实现这种结构布置，就必须在结构发生变化或者上下轴线错位的楼层设置水平转换构件，转换层结构应运而生，目前，这类建筑己经成为现代高层建筑发展的一大趋势[2]。

2高层转换结构抗震研究方法

目前，我国的建筑结构抗震设计的基本思想是“三水准设防和两阶段设计”，两阶段设计是达到三水准设防的基本手段，以达到多遇地震(小震)不坏，罕遇地震(大震)不倒的设防目标。

实际上，按第一水准的要求，结构一般处于弹性工作状态，可按多遇地震的地面运动参数，进行结构线性弹性阶段的抗震分析，并进行结构构件抗震承载力极限状态和结构层间变形正常使用极限状态的验算。按第二、三水准的要求，结构进入弹塑性工作阶段，结构的抗震能力主要依赖于结构的变形与耗能能力，可按罕遇地震的地面运动参数，进行结构非线性分析，检验结构层间弹塑性变形。因此，在高层建筑结构的抗震设计中，除了要进行小震作用下高层建筑结构的反应计算分析之外，对大震作用下高层建筑结构在非线性阶段的各种性能进行充分研究也是十分关键的[3]。

3算例分析

3.1模型介绍

下面以某工程转换结构部分的平面布置进行模型分析。模型总高46.5m，底层层高6.0m，其余各层层高为4.5m。转换层结构平面布置如图1。转换大梁截面采用650mmx2000mm。，框支柱尺寸1000mmx1200mm。转换层楼板厚200mm。混凝土等级采用C40。

分析表明，结构的自振周期随着转换层位置的增高而增大，但是增大幅度不明显。由于转换层上部结构的侧向刚度大于下部结构，随着转换层的设置高度的增加，结构的整体刚度会有所削弱。

在地震作用下，X、Y方向的结构层间位移最大值发生在转换层相邻的楼层处，并随着转换层设置高度的提高而相应增大；楼层的最大层间位移也随着转换层设置高度的提高而增大，并且在转换层处有突变。层间位移角在转换层相邻的上下层变化较大，这一变化随转换层的设置高度的提高而加大。最大层间位移角均发生在转换层以上楼层，但随着转换层设置高度的逐渐提高，最大层间位移角逐渐向转换层发展，发生在转换层相邻的下一层。

4结论

本文以一个带梁式转换层的框架结构为研究对象，了解模型在地震作用下的反应情况，用sap2000对模型在不同高位转换层的设置时的地震反应进行了对比分析。通过分析得到以下几点的结论：

(l)、对于托柱梁式转换层结构在二至六层进行转换时，随着转换层设置度的增加，结构自振周期也随之增加，但变化不大；

(2)、在地震作用下，结构最大层间位移发生在转换层附近楼层处，最大层间位移以及最大楼层位移都随转换层的设置高度提高而增大。层间位移角在转换层相邻上下层变化较大，这一变化随转换层的设置高度的提高而加剧。

(3)、由于结构竖向刚度分不均匀、主要抗侧力构件不连续，结构在转换层层间地震反应力会发生突变。突变随着转换层设置高度提高而加，同时结构最大地震反应力会出现在转换层处。由于转换层削弱了结构的整体刚度，设置转换层的模型较无转换层设置的模型偏柔，产生了较大的周期和位移。

参考文献：

［1］唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社，2002

［2］梁炯丰.高层建筑转换层结构的概况和发展[J].山西建筑，2006(4)

［3］龚思礼.建筑抗震设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2003