探討上部計算層對轉換結構的影響

趙軍　王立波

（安陽工學院土木與建筑工程學院河南安陽　455000）

探討上部計算層對轉換結構的影響

趙軍王立波

（安陽工學院土木與建筑工程學院河南安陽455000）

復雜高層建筑近年來日益增多，這里介紹了轉換結構的功能，并用有限元分析了上部墻體計算層的影響。

高層建筑；轉換結構；有限元

前言

由于建筑功能的不同的要求，部分豎向構件不直接貫通落地而通過剛度較大的轉換構件連接構成的高層建筑結構，稱為帶轉換層高層建筑結構。此類建筑主要可以分為兩類：①主體結構由上部剪力墻與下部筒體框架結構或框架剪力墻結構通過結構轉換層組成；②主體結構由上部小柱網與下部大柱網通過結構轉換層組成。近年來，由于其底部空間大，使用靈活，因而被廣泛應用。

1　結構轉換層的功能

結構轉換通過轉換層在結構功能上可以概括為以下幾類：

1.1實現上下層結構類型改變的轉換層應用情況

這種類型的轉換是轉換層結構的最典型應用，因此應用十分廣泛，適用的轉換層型式也較多，可以采用梁式轉換層、桁架式轉換層、空腹桁架式轉換層、箱形轉換層和厚板式轉換層等。

1.2實現上、下柱網軸線改變的轉換層的應用情況

這種轉換類型也很普遍，可以采用的型式有梁式、桁架式、空腹桁架式、墻式和拱式等。

1.3同時實現結構類型和結構軸線布置改變的轉換層應用情況

這種類型的轉換主要應用于有特殊要求的設計。轉換層在型式上一般采用厚板或箱形，其它型式采用較少。

2　托墻形梁式轉換層

在幾種轉換結構中梁式轉換受力、傳力比較直接明確，且結構轉換層還可提供一定的建筑、設備利用空間，是目前應用最廣泛的轉換形式。

它的基本受力傳力模式是：主轉換梁支承于下部主體結構的豎向構件，次轉換梁支承于主轉換梁或下部主體結構的豎向構件，主次轉換梁共同承受和支托上部結構。

轉換梁所支撐的上部結構部分開洞往往不太規則，工作狀態較為不利，轉換梁其截面應力在垂直荷載及水平荷載作用下相對來說較大。為加強轉換梁及上部結構其剛度，減少因轉換梁變形所引起的二次附加應力，轉換梁可以通過控制設計剪壓比來初步確定，同時保證轉換梁本身具有良好的強度、剛度、延性。在設計時，為偏于安全和提高轉換梁的剛度，確定梁截面時可采用其支托的全部上部結構傳來的豎向荷載產生的剪力，不考慮上部結構參與工作的有利因素。用這種方法設計控制的轉換梁截面能較好的滿足剛度、強度、延性的要求。

3　計算層影響分析

豎向荷載是轉換層結構主要承受的荷載，因此研究轉換結構在豎向荷載作用下的受力是很有必要的，本文采用有限元分析程序來研究上部墻體對轉換層結構的受力特征的影響。

為研究內力影響與轉換梁承托層數之間相互關系，分析圖1（a）所示計算簡圖。在計算時，分別按上部結構n=0層、1層、2層、3層、4層，上部結構的層高可按3m進行考慮，上部結構墻體厚度為0.3m，下部結構框架柱尺寸為1.6m×1.6m為1；轉換梁其截面高度為1.6m、寬度為0.6m，轉換梁的跨度為11.8m，混凝土的等級取C40，均布荷載q=500kN/m。內力其計算結果對比如圖2。

圖1　轉換梁結構計算簡圖

圖2　不同層墻體內力比較圖

其中M為轉換梁跨中區最大彎矩，N為轉換梁最大軸力，V為轉換梁在支座處的最大剪力。從上圖中可以看出，對于上部墻體的層數，考慮2層時與考慮3層時進行對比發現計算結果中設計控制內力差異較大；考慮3層時與考慮4層時對比發現計算結果中設計控制內力差異不大。

對于其上部墻體的開洞，其尺寸和位置見圖1（b），其他條件見圖1（a），考慮其上部墻體n=2層，3層，4層的計算結果見表1。通過對計算結果的比較，轉換梁上部墻體是否開洞對轉換梁的內力計算影響相對來說較大，應力集中現象往往會出現，但對其轉換梁設計所控制的內力的計算結果精度影響甚小。

4　結論

通過以上計算結構分析還表明：無論轉換梁上部墻體的形式如何，只要墻體存在一定長度，轉換梁中的彎矩就會較不考慮上部墻體作用的要小，相應墻體下的轉換梁就有一定范圍出現受拉區。針對出現的這種情況在設計時應明白其原因并采取一定的優化措施。

[1]唐興榮.高層建筑轉換層設計與施工.北京：中國建筑工業出版社，2002，10.

表1　墻體開洞與不開洞內力比較表

TU755

A

1673-0038（2015）13-0063-02

2015-3-2

趙軍（1980-），男，河南安陽人，講師，碩士，主要研究方向為結構工程。