高位轉換的部分框支剪力墻結構轉換梁受力分析★

岳洪滔 陳 斌

(湖南工業大學，湖南 株洲 412007)

·結構·抗震·

高位轉換的部分框支剪力墻結構轉換梁受力分析★

岳洪滔 陳 斌

(湖南工業大學，湖南 株洲 412007)

以一高位轉換的框支剪力墻結構為實例，用Satwe和Midas Gen兩種有限元軟件對轉換梁的內力和變形進行了分析比較，得出了兩者的內力值有較大差別，而位移值則差別不大的結論。

轉換層，轉換梁，部分框支剪力墻，有限元

帶轉換層的底層大空間剪力墻結構于20世紀80年代中開始采用，近幾十年來底部帶轉換層的大空間剪力墻結構迅速發展，在地震區許多工程的轉換層位置已較高。但轉換層位置較高時，轉換層下部的落地剪力墻及框支結構易于開裂和屈服，轉換層上部幾層墻體易于破壞。本文通過一工程實例，用Satwe和Midas Gen兩種軟件分析了轉換梁的受力和變形。

1 工程概況

該工程為框支剪力墻結構，地下1層，地下室埋深4.0 m。地上30層(含裙樓6層)，地面以上高度為98.2 m。設梁式轉換層，位于主體的第6層，屬于高位轉換。建筑抗震設防類別為丙類，設防烈度為6度，設計地震分組為第一組，設計地震加速度0.05g，Ⅱ類場地。根據文獻[1][2]，確定主體框架抗震等級為二級，抗震墻三級，框支柱、框支梁和底部加強區剪力墻均為一級。

選取的轉換梁(框支梁)截面是1 000 mm×2 000 mm，跨度是7.2 m，總長度14.4 m，由于轉換層以上都是剪力墻結構的住宅，因此轉換梁共托起25層高的剪力墻。轉換梁下設框支柱3根，并且其中一根框支柱與電梯井相連，框支柱截面大小為1 200 mm×1 200 mm，轉換梁與框支柱的混凝土強度均為C50。

2 結構建模

在Satwe有限元軟件中，將結構定義為部分框支剪力墻結構，恒活荷載的加載方式選擇模擬施工加載3，風荷載考慮順風向風振影響，地震信息中結構為不規則結構，考慮偶然偏心以及雙向地震的影響。整體結構模型見圖1。

Midas Gen建模時，為便于計算與分析，這里選取了一個住宅戶型的轉換結構進行分析，整體結構模型采用混合有限元法。首先，用Midas Gen的快速建模菜單建地面以上5層的框架結構部分，建模時不考慮地下室的部分，直接在地面上嵌固；然后將第6層樓面定義為轉換層，由于研究表明轉換梁是一種偏心受拉構件，轉換梁和上部一層剪力墻共同受力，因此需分析它們共同工作時的受力特征和變形值。在有限元網格劃分時，將梁、柱、墻單元網格尺寸控制在1.0 m以內，分析表明支承轉換梁的框支柱對轉換梁的應力分布和內力大小影響很大，為提高應力和內力的計算精度，將框支柱的網格尺寸定義為0.5 m。轉換結構的模型如圖2所示。

3 轉換梁內力分析

Satwe的特殊構件定義時，指定第6層結構平面上托起上部25層剪力墻的梁為轉換梁，并將梁的抗震等級定義為一級。從標準構件內力簡圖中，查得轉換梁的正彎矩最大為8 468.5 kN·m，負彎矩絕對值最大值為-3 928.8 kN·m，剪力最大值為5 956.3 kN。

按文獻[2]中的5.4.1式在Midas Gen中進行荷載組合，為考慮到有限元分析的準確性，將樓面恒載、梁的自重和活荷載等均轉換為等效重力荷載，得到的梁彎矩圖如圖3所示，剪力圖如圖4所示。從圖3中可看出轉換梁最大正彎矩為8 121.8 kN·m，負彎矩絕對值最大值為-32 457.8 kN·m。圖4中轉換梁剪力最大值為6 741.3 kN。

根據上面的結果，可以得出Satwe有限元軟件得出的轉換梁彎矩值偏大，而剪力值卻比Midas Gen偏小。

4 結構位移分析

在高層建筑結構中應限制結構層間位移，主要目的有兩點：

1)保證主結構基本處于彈性受力狀態，對鋼筋混凝土結構來講，要避免混凝土墻或柱出現裂縫；同時，將混凝土梁等樓面構件的裂縫數量、寬度和高度限制在規范允許范圍之內。2)保證填充墻、隔墻和幕墻等非結構構件的完好，避免產生明顯損傷?？刂茖娱g變形的參數有三種：即層間位移和層高之比(層間位移角)；有害層間位移角；區格廣義層間變形。在本文中，作者主要通過層間位移角來控制層間變形。圖5是Satwe后處理圖形文件中得出的在X向地震作用下的最大樓層位移為28.7 mm。圖6是Midas Gen中X向地震作用下的位移變形圖，最大樓層位移為46.3 mm。因此，在相同條件下，Midas Gen計算出來的樓層位移值比Satwe偏大。

5 結語

本文分析的在第6層轉換的部分框支剪力墻結構屬于復雜高層，按照文獻[1]要求應采用至少兩個不同力學模型的結構分析軟件進行整體分析，而本文通過Satwe和Midas Gen對其進行分析的結果是：

1)Satwe得出的轉換梁的彎矩值比Midas Gen偏大，而剪力值卻偏小。2)水平地震作用下的樓層位移值，Satwe得出的值要比Midas Gen小。在實際工程中，應當以兩種軟件得出的最不利的結果進行設計，這樣會偏于安全。

[1] JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[2] GB 50011-2010，建筑抗震設計規范[S].

[3] 朱炳寅.建筑結構設計問答及分析[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，2013.

[4] 包世華,方鄂華.高層建筑結構設計[M].北京：清華大學出版社，1990.

[5] 孫建文.高層建筑結構概念設計初探[J].山西建筑，2013，39(2)：48-49.

Analysis of high conversion of part of the frame supported shear wall structure transfer girder★

YUE Hong-tao CHEN Bin

(Hunan University of Technology， Zhuzhou 412007, China)

In this paper, a high conversion of frame shear wall structure as an example, using Satwe and Midas Gen two kinds of finite element software to analyze the internal force and deformation of the transfer beam, it is concluded that both the internal force values have bigger difference, while the displacement value.

conversion layer， transfer beam， partial frame supported shear wall， finite element

1009-6825(2014)36-0020-02

2014-10-20 ★：湖南工業大學自然科學研究項目(項目編號：2013HZX09；2012HZX20)

岳洪滔(1979- )，男，碩士，講師; 陳 斌(1982- )，男，博士，講師

TU398.2

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