某高位转换结构小震弹性分析

某高位转换结构小震弹性分析

苏罗妹

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摘要：本文主要介绍某高位转换结构的平面布置特点，并采用YJK及Midas Building对其进行小震下的弹性分析。对结构整体指标和主要计算结果进行对比分析，结果表明结构各项整体指标一致。同时对底部楼层框支框架柱进行剪力调整，提高框架部分的抗震承载力。

关键词：高位转换；框支框架柱；弹性分析；剪力调整

1、工程概况

本工程塔楼地上共28层，高度93.95m。地下三层，基础埋深约16米，为全埋地下室，结构嵌固端设置在地下室顶板。塔楼采用部分框支剪力墙结构，1~6层为部分框支转换楼层，主要功能为商业，7~29层为转换层上部楼层，功能为住宅。典型平面和剖面如图1~图4所示。本工程结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数1.0。50年重现基本风压ω0=0.75kN/m2，地面粗糙度C类。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.1g，建筑场地类别为Ⅱ类。

图1 二~六层结构平面图

图2 7层（转换层）结构平面图

2、结构布置

根据建筑需求，转换层设置在6层架空层顶，形成了高位转换，转换层以上采用剪力墙体系，抵抗重力和侧向荷载。主要落地剪力墙最大间距约为10m，厚度为400~550mm，局部核心筒内剪力墙为200mm。框支框架梁主要采用型钢混凝土梁，连接框支柱的框支主梁主要截面尺寸有1200x1800(H1200x600x25x30)、1600x1800(H1200x800x25x35)、1900x1800(H1200x900x30x35)、1200x1800；非框架的一级转换梁主要截面尺寸有800x1600(H1000x400x20x30)、600~1050x1500~1600；二级转换梁截面主要为600×1500。

转换层楼板厚度180mm，并保持完整，除核心筒内楼梯、电梯洞口外，其他区域无较大开洞。为减小这些墙肢的剪压比，转换层以上两层（8~9层）采用了200~250厚钢板剪力墙，9层及以上剪力墙厚度均为200厚。墙柱混凝土等级为C30~C60，梁板混凝土等级为C30~C35、C50（转换层梁板）。

3、小震弹性分析

3.1 结构建模

因底部框支柱随建筑功能布置受限，为满足上部剪力墙能直接转换，部分转换主梁需承托不在同一平面内的2片剪力墙，为此需加大转换主梁的截面宽度，如下图所示。为更真实的模拟转换层受力情况，采用单柱模型、双柱双梁+刚性杆模型及双柱双梁+200厚柱间剪力墙模型进行对比分析。

图5 转换层局部模板图                                       图6 单柱模型

对比结果显示，单柱模型与双柱双梁+刚性杆模型各项指标计算结果比较一致，双柱双梁+200厚剪力墙模型中，框支框架地震倾覆力矩百分比与底层框架地震剪力与结构底部总剪力比值与其他两模型指标相差较大，这也符合实际。由于转换梁布置的特殊性，单柱模型中不可避免的存在较多转换梁与上层剪力墙对不齐的问题，为此，单柱模型需要引入刚性杆，将上部无法直接落到转换梁上的剪力墙落到刚性杆上，通过刚性杆传力给转换梁。这样对转换梁的受力模拟可能有所失真。因此，后续将采用双柱双梁+刚性杆模型进行结构分析。

3.2模态分析

小震作用下采用YJK及Midas Building两个不同力学模型计算。结构抗震等级：框支柱、1~9层剪力墙、转换梁为一级，其他剪力墙为二级。周期折减系数0.9，地震作用下连梁刚度折减系数0.7。两个模型总荷载、周期差异均在5%以内，如下表1所示。

表1 结构质量、周期汇总表

3.3地震楼层剪重比和倾覆弯矩对比

图9 YJK与Midas结构地震作用剪重比

  根据规范相关要求，结合新区划图的水平影响系数最大值0.083，结构两个方向的剪重比不应小于1.6%。上图显示，结构在X向、Y向均满足规范剪重比要求。

表2 结构基底剪力、倾覆弯矩对比

3.4竖向规则性

   计算结构各楼层侧向刚度与上层的比值，下图10列出YJK侧向刚度比：

图10  YJK结构地震作用下楼层刚度比

    可以看出，模型第6层由于其上层为刚度较大的转换层，侧向刚度比不满足0.9的要求，成为竖向软弱层。结构设计时，将对该层按规范相关要求放大地震剪力标准值。其它楼层均满足侧向刚度比的要求。

3.5 楼层位移

    小震和50年一遇风荷载作用下，楼层层间最大位移角的分布如下表3所示：

表3 结构地震作用最大位移角

结构在规定水平力下各楼层扭转位移比如下图11所示：

图11  YJK结构地震作用下楼层刚度比

    可以看出，结构各楼层在规定水平力作用下X+、Y+、Y-方向考虑偶然偏心的最大位移比（包括楼层位移值和层间位移值）超过1.2，但小于1.4，X-方向考虑偶然偏心的最大位移比为1.64，大于规范要求1.4。

3.6 框架柱剪力调整

4、总结

   本工程塔楼存在高位转换，为超限结构。

a、采用双柱双梁+刚性杆模型进行结构整体指标分析，更好地模拟转换梁的真实受力。

b、通过YJK和Midas building两个软件的小震弹性阶段的对比分析，结构各项整体指标一致。

c、在地震力作用下，各项计算指标及配筋等均满足规定要求。

d、底部框支框架部分承担剪力按max{1.5Vmax，0.3V0}进行调整，以提高框架部分的抗震承载力，具备足够二道防线功能。

参考文献

［1］JGS3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

［2］GB50010-2010(2015版)，混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

［3］GB 50011-2010k(2016版)，建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.