超限结构转换层罕遇地震下应力分析

超限结构转换层罕遇地震下应力分析

黄鹦

武汉和创建筑工程设计有限公司，湖北省 武汉市 430070

摘要：由于本结构底部柱网不规则，需通过设置转换梁柱将塔楼框架柱全部转换。考虑本项目竖向构件间断率达100%，在已有工程中少见，本文通过对转换楼层楼板及转换梁在罕遇地震下进行楼板应力分析，并提出了相应的加强措施，对后期同类工程具有借鉴意义。

关键词：转换结构；楼板；应力分析

1、项目概况

本项目结构总高度为35.95m（裙房顶面16.15m），裙房2层，裙房以上6层住宅，合计共8层，首层高为：4.8m标准层层高为：3m。

由于底部2层柱网不规则，需将塔楼框架柱全部转化，第2层柱为转换柱，转换层在2层；库房区上部剪力墙全部转换，下部采用转换柱进行转换，竖向构件间断率达100%。

2、结构超限情况及设计性能水准

本工程属于A级高度，存在以下4项不规则项：扭转不规则；刚度突变，尺寸突变，多塔；构件间断；承载力突变。

按照建质[2015]67号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的规定，本工程属于属于A级高度特别不规则超限高层结构。

根据本工程的抗震设防类别、设防烈度、结构类型、超限情况和不规则性，按照广东省《高规》第3.11节的相关内容，设定本结构的抗震性能目标为性能C级（转换梁柱性能B级）。

3、罕遇地震下楼板应力分析

在重力荷载+设防烈度地震作用标准组合工况下，通过有限元方法对转换层楼板进行应力分析，保证楼板大震情况下保持弹性。

图1  A2区H1-1户型2F（转换层）X向地震下楼板正应力等值线Sig-xx（N/mm2）

图2 A2区H1-1户型2F（转换层）Y向地震下楼板正应力等值线Sig-xx（N/mm2）：

由楼板应力图可见，对于转换层楼板，除局部部位应力集中外，大部分楼板拉应力和剪应力不超过砼抗拉强度设计值1.71Mpa。对于该层楼板，已控制楼板板厚至少250mm，施工图阶段控制楼板最小配筋率为0.30%（C10@100）双层双向拉通，应力集中部位通过附加钢筋可抵抗中震作用下产生的应力，从而可使楼板满足完全弹性的性能目标要求。

综上，通过控制楼板板厚和最小配筋率，并在局部应力较大处根据实际情况加强配筋,可保证楼板可靠传递水平力，实现转换层楼板完全弹性，其它层楼板受剪、受弯不屈服性能要求。

4、罕遇地震下转换梁应力分析

为了保证转换梁的抗震性能，对转换层进行大震不屈服下的有限元分析。分析时转换梁采用壳单元进行模拟，限于篇幅，选取700x1800尺寸的转换梁进行分析。

由上述云图可知，转换梁在大震目标组合作用下，最大拉应力为14MPa，最大压应力为26MPa，最大剪应力为6MPa，X向配筋云图需配受拉筋10614mm2，对应转换梁配筋率为0.84%，但考虑该处存在应力集中现象，实际配筋可减小。转换梁采用钢筋混凝土截面形式，局部位置抗剪无法满要求，设置钢板抗剪。通过提高转换梁混凝土强度等级为C40、适量的配筋及增加抗剪钢板，即可满足转换梁拉应力及最大剪应力的验算要求，进而可保证转换梁在大震下保持弹性。

5、结论及相应加强措施

通过上述分析，本项目施工图设计依据及加强措施如下：

针对尺寸突变的措施：加厚塔楼体型突变部位及其上、下层结构的楼板厚度，裙房顶板(转换层)板厚塔楼内采用250mm，塔楼外采用200mm，转换层上下层楼板板厚采用不小于150mm，以提高多塔楼刚度突变区域的结构整体协同受力性能；配筋双层双向拉通，配筋率不小于0.25％。设防烈度地震及大震作用下，通过有限元方法对转换层及上下层楼板进行应力分析，并根据分析结果对楼板应力较大区域进行加强，保证在地震作用下楼板能有效传递水荷载和有效协调所连接结构的变形。施工图阶段适当提高体型收进部位上、下各2层塔楼周边竖向结构构件的配筋率。

上述抗震措施从计算分析和抗震构造措施两方面入手，对结构的已建部位进行了复核，对结构的重要部位、薄弱部位进行了加强，可满足本工程提出的抗震性能目标。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范（2016年版）》, GB50011-2010.

[2]《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》, 建质[2015]67号.