论文部分内容阅读
摘要：随着我国经济的高速发展，城市建筑向着更高、更综合的方向发展，这就对建筑的设计和施工提出了新的要求，尤其是对两种功能转换之间的转换层的内力分析。本文就高层建筑转换层的相关计算，转换层内力分析方法以及厚板的内力分析进行了仔细深入的探讨。
关键词：高层建筑；厚板结构；转换层
前言
高层建筑的蓬勃发展为建筑施工技术带来新的挑战，高层建筑结构形式也日趋大型化、复杂化。随着使用功能的变化，设置转换层已成为传递上部结构荷载的重要手段，而上部结构荷载的增加，使得转换层的结构尺寸往往较大，这将给施工带来许多新的课题。因此对高层建筑转换层结构施工技术的研究，有着十分重要的意义。厚板转换层是高层建筑转换层结构形式之一。利用厚板作为转换构件，可使板下柱网灵活布置，板上结构形式任意。通过板式转换层，可实现不同楼层间不同功能、任意平面的组合，给建筑师提供了开阔的想象空间，为开发商提供了更多的开发户型。
1、厚板转换层结构的整体计算方法
带厚板转换层的高层建筑可采用三维空间分析程序（如TBSA，SATWE，TAT等）进行整体结构的内力分析，除应满足结构整体的位移，变形，抗倾覆，周期等要求外，尚应满足（JGJ3―2002）《高层建筑混凝土结构技术规程》中的规定：“转换层上下结构侧向刚度比的要求。”
1.1根据（JGJ3―2002）《高层建筑混凝土结构技术规程》中的规定：“抗震设计时，转换层不宜设置在底盘屋面的上层塔楼内，否则应采取有效的抗震措施；将层2以上、转换层以下内外筒体的抗震等级提高一级，即按抗震等级二级设计：转换层以上框架、剪力墙结构抗震等级仍取三级。”
1.2一般，由于转换层上、下层的刚度相差十分悬殊，为了控制控制转换层上下层刚度比不至于超过规范限值（规范要求<2），设计时采取增加下层剪力墙数量及加大剪力墙厚度的措施，基本上做到上、下层刚度比平均值接近2。
2、板式转换层结构的分析方法
当采用板式转换层进行上、下部结构的转换时，转换板的内力分布有特殊的规律及其对整个结构的影响是结构设计的关键，所以对转换板的内力分析采用正确合理的方法是至关重要的。目前工程上常用的分析厚板转换层和相应结构的方法主要有如下几种：
2.1 等效交叉梁系的分析方法
当转换板上、下部结构布置规则时，可以把转换板划分为双向交叉梁系，交叉梁系通过柱联节点或无柱联节点与上、下部结构的竖向构件相连，参与结构的整体计算，根据整体分析所得的等效交叉梁系的内力，求得转换板板带的配筋。当转换板上部竖向结构构件布置不规则时，由于交叉梁系中的梁宽和合理取值很难确定，所以分析误差较大。
2.2刚性板的简化分析方法
当转换板上部结构的面积很小，转换板的厚度大于其边长的1/10，且大于下部支承的净距的1/5时，假设厚板平面外的刚度无限大，不产生变形，按刚性层对转换板及其上、下部结构进行计算。首先，将转换板视为上部结构的固定端，计算上部结构的内力和位移，从而得到竖向构件传给转换板的荷载；其次，按刚性层的计算方法，计算下部结构的内力和位移；第三，根据上部结构与下部结构的计算结果，计算转换板的内力。这种计算方法由于是假定转换板在平面内刚度无限大，只产生位移而不产生变形，与实际情况存在较大差异，而且对建筑的整体受力分析不够明确。
2.3设置虚梁的分析方法
设置虚梁的分析方法是指先采用高层建筑结构空间有限元分析与设计软件（如PKPM系列中SATWE）中定义的虚梁，建立柱联节点或无柱联节点网以形成转换板上、下部结构的力的传递，使转换板参与结构整体计算分析，再采用PKPM系列中的Slab CAD程序对转换板进行局部有限元分析。对厚板而言，剪切变形很重要。PKPM系列中的SlabCAD程序所采用的板单元为基于Mindlin假设的中厚板通用八节点等参单元，计算精度较高。
2.4 组合单元的分析方法
上述的厚板转换层结构的计算分析方法从满足工程需要的角度出发是可行的，但对于体型特别复杂的高层建筑，这种精确分析是有局限的，特别是采取两步走的方法从分析本质上讲是对厚板转换层的静力分析，对地震作用下厚板的动力特性进行准确分析，在一定范畴内是具有局限性的。从精确的分析角度出发，应用大型的结构通用分析软件（如SAP2000），采用组合单元对结构进行整体的有限元分析，是最能反映结构实际受力的方法。但这种方法需时较长，计算机配置要求较高，不便于工程反复计算及修改。
3、厚板的内力分析
3.1由于转换板边界形状不规则，荷载分布和支撑条件较为复杂，目前，对厚板的内力分析主要有以下三种方式：1）等效交叉梁的分析，即把转换板分成双向交叉梁，而上部柱网落在厚板的交叉梁处，参与结构的整体计算。该计算方法可对厚板的受力情况进行了简化，但交叉梁的截面大小的取值对内力分析的影响暂无法考虑，易致使分析误差较大。2）刚性板的简化计算，即假设厚板平面外的刚度无限大，不产生变形，按刚性层对转换层及其上、下部结构进行结构计算。该计算方法过于理论化，对建筑的整体多力分析不明确。3）组合单元的分析方法，即对整个结构进行整体有限元分析，该计算结果最精确，但该法对于计算机的要求非常高，而且计算时间长，不便于实际工程的应用。因此，一般，在进行计算时，把厚板划分为规则的交叉梁系，先用等效交叉梁系代换厚板进行结构的整体分析，再采用板单元、三维实体单元对厚板进行局部应力的有限元分析。
3.2在整体计算时，采用PKPM软件中的SATWE进行计算。
3.3一般，随着板厚的增加，转换层以及转换层的上、下层的地震作用力增加，当板厚为1400mm（1/5柱距）时，厚板中应力变化不大，当板厚大于或小于这个板厚时，地震变化明显，即可得出：板厚太薄或太厚对建筑物整体的抗震反应均是不利的。因此，一般情况下，当转换层上托15层以下时，厚板的厚度可取1/5-1/7的柱距：当转换层上托15-20层时，板的厚度可取1/4～1/6的柱距：当转换层上托20层以上时，板的厚度可取1/3～1/5的柱距；当抗震烈度较低或非抗震时，板厚还可适当减薄；当转换位置往上移时，板厚也可以适当减薄。
3.4厚板转换时板厚的取值，规范没有直接给出具体的公式，但是规定厚度可由抗弯、抗剪、抗冲切计算确定，由于抗冲切计算的板厚一般较薄，可在此基础上先估算厚板的厚度，再按具体工程中板厚取值的结论，与建议对厚板板厚进行整体计算。
3.5厚板应满足抗弯、抗剪、抗冲切的要求，抗冲切计算除应考虑框支柱对厚板的冲切外，还应考虑厚板上的剪力墙对厚板的冲切。框支柱对厚板的冲切应考虑梁箍筋的作用：厚板上的剪力墙对厚板的冲切通常只考虑混凝土的作用，由板的厚度控制。
4、结束语
转换层采用厚板来转换，不受建筑使用功能的限制，柱网可以灵活布置，能最大限度地满足建筑的平面多样化布局要求，在一定的范围内值得采用的结构型式。转换板的厚度由板的抗弯、抗剪、抗冲切承载力计算确定，通常可取跨度的1/5―1/10。应采用两种以上符合实际受力特征、不同力学模型的三维空间分析软件进行整体结构的计算分析，力求做到分析正确，计算正确。
参考文献：
[1] 李霖，2.8m厚混凝土整板结构转换层施工技术[J]，施工技术，1996，（10）
[2] 罗国强，罗刚，建筑施工中的结构问题[M]，北京：中国建筑工业出版社，2001
[3] 唐兴荣，何若全，高层建筑中转换层结构的现状和发展[J]，苏州城建环保学院学报，2001（4）
关键词：高层建筑；厚板结构；转换层
前言
高层建筑的蓬勃发展为建筑施工技术带来新的挑战，高层建筑结构形式也日趋大型化、复杂化。随着使用功能的变化，设置转换层已成为传递上部结构荷载的重要手段，而上部结构荷载的增加，使得转换层的结构尺寸往往较大，这将给施工带来许多新的课题。因此对高层建筑转换层结构施工技术的研究，有着十分重要的意义。厚板转换层是高层建筑转换层结构形式之一。利用厚板作为转换构件，可使板下柱网灵活布置，板上结构形式任意。通过板式转换层，可实现不同楼层间不同功能、任意平面的组合，给建筑师提供了开阔的想象空间，为开发商提供了更多的开发户型。
1、厚板转换层结构的整体计算方法
带厚板转换层的高层建筑可采用三维空间分析程序（如TBSA，SATWE，TAT等）进行整体结构的内力分析，除应满足结构整体的位移，变形，抗倾覆，周期等要求外，尚应满足（JGJ3―2002）《高层建筑混凝土结构技术规程》中的规定：“转换层上下结构侧向刚度比的要求。”
1.1根据（JGJ3―2002）《高层建筑混凝土结构技术规程》中的规定：“抗震设计时，转换层不宜设置在底盘屋面的上层塔楼内，否则应采取有效的抗震措施；将层2以上、转换层以下内外筒体的抗震等级提高一级，即按抗震等级二级设计：转换层以上框架、剪力墙结构抗震等级仍取三级。”
1.2一般，由于转换层上、下层的刚度相差十分悬殊，为了控制控制转换层上下层刚度比不至于超过规范限值（规范要求<2），设计时采取增加下层剪力墙数量及加大剪力墙厚度的措施，基本上做到上、下层刚度比平均值接近2。
2、板式转换层结构的分析方法
当采用板式转换层进行上、下部结构的转换时，转换板的内力分布有特殊的规律及其对整个结构的影响是结构设计的关键，所以对转换板的内力分析采用正确合理的方法是至关重要的。目前工程上常用的分析厚板转换层和相应结构的方法主要有如下几种：
2.1 等效交叉梁系的分析方法
当转换板上、下部结构布置规则时，可以把转换板划分为双向交叉梁系，交叉梁系通过柱联节点或无柱联节点与上、下部结构的竖向构件相连，参与结构的整体计算，根据整体分析所得的等效交叉梁系的内力，求得转换板板带的配筋。当转换板上部竖向结构构件布置不规则时，由于交叉梁系中的梁宽和合理取值很难确定，所以分析误差较大。
2.2刚性板的简化分析方法
当转换板上部结构的面积很小，转换板的厚度大于其边长的1/10，且大于下部支承的净距的1/5时，假设厚板平面外的刚度无限大，不产生变形，按刚性层对转换板及其上、下部结构进行计算。首先，将转换板视为上部结构的固定端，计算上部结构的内力和位移，从而得到竖向构件传给转换板的荷载；其次，按刚性层的计算方法，计算下部结构的内力和位移；第三，根据上部结构与下部结构的计算结果，计算转换板的内力。这种计算方法由于是假定转换板在平面内刚度无限大，只产生位移而不产生变形，与实际情况存在较大差异，而且对建筑的整体受力分析不够明确。
2.3设置虚梁的分析方法
设置虚梁的分析方法是指先采用高层建筑结构空间有限元分析与设计软件（如PKPM系列中SATWE）中定义的虚梁，建立柱联节点或无柱联节点网以形成转换板上、下部结构的力的传递，使转换板参与结构整体计算分析，再采用PKPM系列中的Slab CAD程序对转换板进行局部有限元分析。对厚板而言，剪切变形很重要。PKPM系列中的SlabCAD程序所采用的板单元为基于Mindlin假设的中厚板通用八节点等参单元，计算精度较高。
2.4 组合单元的分析方法
上述的厚板转换层结构的计算分析方法从满足工程需要的角度出发是可行的，但对于体型特别复杂的高层建筑，这种精确分析是有局限的，特别是采取两步走的方法从分析本质上讲是对厚板转换层的静力分析，对地震作用下厚板的动力特性进行准确分析，在一定范畴内是具有局限性的。从精确的分析角度出发，应用大型的结构通用分析软件（如SAP2000），采用组合单元对结构进行整体的有限元分析，是最能反映结构实际受力的方法。但这种方法需时较长，计算机配置要求较高，不便于工程反复计算及修改。
3、厚板的内力分析
3.1由于转换板边界形状不规则，荷载分布和支撑条件较为复杂，目前，对厚板的内力分析主要有以下三种方式：1）等效交叉梁的分析，即把转换板分成双向交叉梁，而上部柱网落在厚板的交叉梁处，参与结构的整体计算。该计算方法可对厚板的受力情况进行了简化，但交叉梁的截面大小的取值对内力分析的影响暂无法考虑，易致使分析误差较大。2）刚性板的简化计算，即假设厚板平面外的刚度无限大，不产生变形，按刚性层对转换层及其上、下部结构进行结构计算。该计算方法过于理论化，对建筑的整体多力分析不明确。3）组合单元的分析方法，即对整个结构进行整体有限元分析，该计算结果最精确，但该法对于计算机的要求非常高，而且计算时间长，不便于实际工程的应用。因此，一般，在进行计算时，把厚板划分为规则的交叉梁系，先用等效交叉梁系代换厚板进行结构的整体分析，再采用板单元、三维实体单元对厚板进行局部应力的有限元分析。
3.2在整体计算时，采用PKPM软件中的SATWE进行计算。
3.3一般，随着板厚的增加，转换层以及转换层的上、下层的地震作用力增加，当板厚为1400mm（1/5柱距）时，厚板中应力变化不大，当板厚大于或小于这个板厚时，地震变化明显，即可得出：板厚太薄或太厚对建筑物整体的抗震反应均是不利的。因此，一般情况下，当转换层上托15层以下时，厚板的厚度可取1/5-1/7的柱距：当转换层上托15-20层时，板的厚度可取1/4～1/6的柱距：当转换层上托20层以上时，板的厚度可取1/3～1/5的柱距；当抗震烈度较低或非抗震时，板厚还可适当减薄；当转换位置往上移时，板厚也可以适当减薄。
3.4厚板转换时板厚的取值，规范没有直接给出具体的公式，但是规定厚度可由抗弯、抗剪、抗冲切计算确定，由于抗冲切计算的板厚一般较薄，可在此基础上先估算厚板的厚度，再按具体工程中板厚取值的结论，与建议对厚板板厚进行整体计算。
3.5厚板应满足抗弯、抗剪、抗冲切的要求，抗冲切计算除应考虑框支柱对厚板的冲切外，还应考虑厚板上的剪力墙对厚板的冲切。框支柱对厚板的冲切应考虑梁箍筋的作用：厚板上的剪力墙对厚板的冲切通常只考虑混凝土的作用，由板的厚度控制。
4、结束语
转换层采用厚板来转换，不受建筑使用功能的限制，柱网可以灵活布置，能最大限度地满足建筑的平面多样化布局要求，在一定的范围内值得采用的结构型式。转换板的厚度由板的抗弯、抗剪、抗冲切承载力计算确定，通常可取跨度的1/5―1/10。应采用两种以上符合实际受力特征、不同力学模型的三维空间分析软件进行整体结构的计算分析，力求做到分析正确，计算正确。
参考文献：
[1] 李霖，2.8m厚混凝土整板结构转换层施工技术[J]，施工技术，1996，（10）
[2] 罗国强，罗刚，建筑施工中的结构问题[M]，北京：中国建筑工业出版社，2001
[3] 唐兴荣，何若全，高层建筑中转换层结构的现状和发展[J]，苏州城建环保学院学报，2001（4）