帶厚板轉換層的高層建筑結構設計分析

[摘要]厚板轉換層結構是高層建筑中常見的結構形式，本文著重分析了厚板轉換結構的特點，并結合工程實例，通過相關計算，對帶厚板轉換層的高層建筑結構設計要點及抗震要求進行了分析。

[關鍵詞]高層建筑；厚板轉換；結構設計；計算；抗震 文章編號：2095-4085（2016）01-0038-02

厚板轉換層結構是高層建筑中常見的結構形式，文章從厚板轉換結構的特點，構造要求，計算分析及抗震設防等方面進行全面分析與探討，以期為建筑多功能設計提供幫助。

1 厚板轉換結構的特點

由于厚板上下部分柱網錯開較多且極不規則，因此其厚板豎向受力非常復雜，且由于結構上下豎向構件的不連續，剛度突變，在水平地震力作用受力下非常復雜。因此對厚板轉換結構提出了更高的要求。其結構設計包括：

（1）在柱與柱、柱與墻之間需要加強配筋，并設置較大寬度及高度。

（2）轉換板需要較大厚度以滿足抗剪及抗沖切要求。從抗震角度考慮，厚板集中了較大剛度和質量，由于地震反應強烈，板本身受力巨大，且由于沿豎向剛度突然變化，相鄰上下層受到的作用力較大，容易發生震害。

（3）高位轉換下厚板加劇了地震反應力的突變，為減少突變，控制剛度比尤其重要。

2 高規對厚板轉換結構要求

《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）中第10.2.14條對厚板轉換結構設計規定如下：

（1）由抗彎、抗剪、抗沖切截面的驗算確定轉換厚板的厚度。

（2）應按整體計算時劃分的主要交叉梁系的剪力和彎矩設計值進行截面設計，配筋校核應按有限元法進行分析。

（3）鋼筋骨架網宜配置在厚板外周邊。

（4）在轉換厚板內對轉換厚板上下部的剪力墻、柱的縱向鋼筋進行可靠錨固。

（5）轉換厚板上、下層的樓板應適當加強，樓板厚度不宜小于150mm。

3 工程實例

某高層建筑是集商住為一體的高層住宅建筑。設計地下兩層，地上二十八層，總高度為97.2m。地上一到五層為商業，五層以上為住宅（三棟塔樓，分縫設計），轉換層位于地上五層，屬于高位轉換。建筑物抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g。抗震設防為乙類，建筑結構安全等級一級，場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為0.35s，落地剪力墻與框支柱抗震等級為特一級。轉換層以上為住宅剪力墻，墻厚為底部加強部位250mm，底部加強部位以上200mm；框支柱為1500×1500-1500×1800mm，除電梯井、樓梯間剪力墻上下貫通外，上部其余剪力墻與下部墻體均錯開布置。柱網為8500×8500mm，經計算，轉換層板厚為2000mm。轉換層及以下墻柱混凝土強度等級為C50，轉換層梁板混凝土強度等級為C40，轉換層以上23層，每層荷載標準值為16.8～16.9kN/m²。

3.1 結構計算分析

結構抗震分析以地下室頂板為上部嵌固端進行計算。結構計算采用設計計算軟件SATWE和PM-SAP，并采用MIDAS結構設計軟件復核計算結果。在設計過程中計算應滿足以下幾點要求：（1）采用至少兩個不同力學模型的結構分析軟件進行整體計算；（2）抗震計算采用振型分解法進行強度計算和變形驗算，同時采用彈性動力時程分析方法補充計算；（3）對轉換層厚板進行有限元分析，按平面內無限剛，平面外有限剛進行計算，通過計算結果分析確定厚板內力及撓度，并按應力計算結果對配筋進行校核。

3.2 厚板轉換對整體結構抗震計算的影響

建筑物轉換層位于五層，屬于高位轉換。通過對地震作用下的樓層地震反應力曲線和層間位移角進行計算，可知，由于建筑物厚板高位轉換，水平地震反應很大，樓層地震反應力曲線在轉換層突變相當明顯。本建筑物由于在6度抗震設防區，位移角由風荷載控制，在地震作用下位移角很小，轉換層處存在顯著突變。因此，應加強框支柱及轉換厚板上、下部剪力墻、柱與轉換厚板的連接，加強轉換層及以下各層的側向剛度，使水平地震作用可靠傳遞至底層，嚴格控制轉換層厚板上下層豎向構件的軸壓比，提高結構延性。

3.3 主要抗震構造措施

（1）提高縱筋配筋率及體積配箍率的延性和強度，要控制框支柱的軸壓比。此結構框支柱抗震等級為特一級，軸壓比控制在0.6以下。

（2）在本建筑物設計時，落地剪力墻抗震等級為特一級，軸壓比控制在0.5以下，豎向及水平分布筋的最小配筋率為0.4%，約束邊緣構件縱向鋼筋最小構造配筋率為1.4%，配箍特征值比一級增大20%。

（3）增大結構厚板轉換層上下相鄰層構件截面，厚板上一層剪力墻截面加厚至250mm，上下相鄰層樓板加厚至150mm。

4 關于厚板轉換設計的幾點建議

（1）厚板轉換應避免高位轉換，轉換層設置越高，其地震反應及層間位移角突變越明顯。由于突變，轉換結構中的厚板轉換表現得更加明顯，對抗震更為不利，高位厚板轉換應用應慎重。

（2）帶厚板轉換層高層建筑的結構布置宜簡單、規則、均勻、對稱，盡量減少結構剛心與質心的偏心；主要抗側力構件宜盡可能布置在結構周邊，尤其應注意加強厚板轉換層下部結構的抗扭能力。

（3）轉換厚板以下與厚板單側相接得落地剪力墻宜適當提高其厚度，以平衡厚板支座負彎矩，避免出現過大開裂。

（4）為滿足經濟性要求，在厚板中不必均沿上部剪力墻軸線設暗梁，在轉換層柱與柱，柱與墻之間設置即可；個別內力較大位置可附加鋼筋，如附加抗彎短筋及抗剪拉筋。

5 結語

厚板轉換為建筑多功能化提供了便捷，通過實際工程的設計與實踐，加強概念設計，采取合理構造措施，厚板轉換在低烈度設防地區應用是安全可靠且可行的。