张 小 荣

(中国建筑西北设计研究院有限公司，福建 厦门 361004)

某高层梁式转换及箱式构造转换层设计分析

张 小 荣

(中国建筑西北设计研究院有限公司，福建 厦门 361004)

以振华大厦为例，对工程采用梁式转换、箱式构造转换层方案的设计参数作了研究，并对梁式转换、箱式构造转换层整体及局部结构进行了分析，结果表明：该结构设计有较好的空间性能、应力分布合理，且可提高结构可靠度与刚度。

梁式转换，箱式构造转换层，结构分析

0 引言

当前我国高层建筑发展迅速，上、下部楼层竖向结构体系、形式上为满足建筑使用要求而差异较大，或扩大下部楼层竖向结构轴线距离等现象越来越多[1]。因此对平面布置复杂、竖向刚度变化不均匀、上下结构不连续建筑采用单一结构体系是不可行的。为满足建筑使用功能，保持建筑空间工作性能，实现结构体系改变，合理设置转换层，并对转化层工程进行深入分析具有十分重要的意义。

基于此，本文根据实际工程情况，提出了一种能真实反映结构转换层的实际受力状态，又能便于结构设计工作者应用的方法来进行转换层结构的设计。

1 工程概况

厦门市振华大厦工程，总建筑面积56 915.39 m2，地下2层及一个夹层，上部由A，B，C三个独立结构单元组成，其中A，B均设计为30层钢筋混凝土框支剪力墙结构，C楼为4层钢筋混凝土框架结构群房。本工程地下室于1994年施工完毕，而上部结构在1999年转手续建。为适应销售市场，甲方建议采用四面悬挑，缩小开槽尺寸，从而达到扩大标准层面积、增大商业利益的目的[2]。为此移动原有上部剪力墙的位置，使设置结构转化层成为必然，且为满足空间使用要求，结构专审及甲方意见，决定A楼在首层顶转换，B楼在5层顶转换。

该工程主要做法为将宽度为3.6 m，2.5 m的井字槽均改小到2.10 m，从而使上部墙体分别内移0.75 m与0.02 m，脱离框支层的托架柱顶，形成了较大的偏心。为解决这一难题，此次转换层方案主要有：局部厚板转换层、实体厚板转换层及格构式劲性箱体转换层等方案。

局部厚板转换层与实体厚板转换层均有重量过大，穿管道、留人孔位置设置困难，计算分析难，不经济等特点，因此本文选用应用最为广泛，理论也较成熟的格构式劲性箱体转换层方案。该方案具体做法为：

1)用巨型转换大梁与普通框支梁组成格构，再在上、下两边各设250 mm厚板，从而形成一劲性箱体。其中所涉及的托架柱及上部墙体都应涵盖在转换大梁中，因此将建筑东、西断面及南、北梁断面的转换大梁截面设为1 750 mm×2 350 mm，1 200 mm×2 350 mm，即为原设计框支梁600 mm×2 350 mm的3倍与2倍。

2)将转换梁下的托架柱作为斜柱，即把柱顶宽度分别作为1 750 mm和1 200 mm，使其与转换大梁宽度一致。从而使这种设计符合“高规”[3]中的相关规定，即“梁下部主筋全部通到柱内”与“框支柱应有部分钢筋延伸到框支梁以上一层墙体内”。

3)在两转换大梁之间设置少量加劲梁或加劲板(竖向)，且把180 mm板厚改为250 mm。

2 结构设计及分析

2.1 主要设计参数

该工程位于厦门市东渡路和规划路的交界处，地区场地类别二类，地震烈度7度，建筑设防烈度7度，地面粗糙度为A类，基本风压取值为0.83 kN/m2。振华大厦层高、剪力墙厚度及混凝土强度等主要参数详见表1。

表1 振华大厦主要参数

2.2 梁式转换、箱式构造转换层整体结构分析

本工程采用程序软件PKPM进行整体计算。具体操作为：先用空间杆系程序“TAT”进行计算；再用壳元程序“SATWE”进行复合，框支剪力墙计算及配筋则通过连接平面有限元程序“FEQ”进行计算；最后，运用“TAT-D”进行弹性动力时程分析，地震波采用程序自带的波形。其中在用SATWE对转换层进行计算时，应详细考虑箱形转换层的结构性能，即刚度与同尺度下的实心厚板相比较弱，但抵抗变形能力及承载力却明显优于梁式结构，是一种介于梁式转换层与实心厚板转换层之间的结构体系。因此，在建模时应采用等刚度的梁柱结构进行替代。

2.3 梁式转换、箱式构造转换层局部结构分析

对于梁式转换、箱式构造转换层局部结构分析，当前应用较广的方法是在用SATWE进行整体分析的基础上再用FEQ平面有限元分析程序作局部计算[4]，从而求得大梁的内力与配筋。作为对比，作者采用有限元软件ANSYS对不同工况下转换层结构进行平面有限元及空间有限元分析。

用ANSYS进行建模时，楼板和剪力墙采用Shell63单元，梁柱采用Beam188单元；柱荷载及楼面荷载均需荷载离散化后分别加到对应的节点上；后对模型进行网格划分。计算得出荷载位移见图1。

结果得出：

1)空间有限元分析得出最大正应力和最大剪应力分别比平面有限元分析计算值小11.8%～34.3%与21.3%～56.8%，与实际更为接近，能较好的反映出箱形结构的主要受力特点。

2)通过断面应力求得构件内力，可得出：外荷载不变情况下，箱形结构的受力性能优于梁式结构。这是因为箱形结构上、下两层楼板部件不仅可以改善框支梁、框支柱自身的受力性能，而且能便于楼层剪力逐渐地向筒体及下部结构传递，从而避免了转换层自身成为抗剪薄弱层，这使箱形结构的“面外受力性能”均得到充分发挥。另外，箱形结构本身具有抗扭刚度大的特性，利于考虑耦合作用下层间抗扭作用。

3 结语

通过对振华大厦采用梁式转换、箱式构造转换层的设计分析，可得到以下结论：

1)梁式转换、箱式构造转换层结构有较好的空间结构性能，能减小自身应力水平，在一定程度上克服应力集中，使应力分布更趋合理，从而具有降低构件内力，提高结构可靠度、刚度等方面的优点。

2)通过用有限元软件ANSYS对结构进行空间和平面分析，可得出空间结构分析方法更适合用于结构内力分布计算，应加以推广应用。

[1] 汪 凯,盛小薇,吕志涛,等.高层建筑预应力混凝土板式转换层结构设计[J].建筑结构,2000,30(3):45-48.

[2] 张小荣.振华大厦转换层结构分析与设计研究[D].重庆：重庆大学硕士学位论文，2003.

[3] JGJ 3─2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[4] 赵琼梅.云南汇都国际C座转换层设计分析研究[D].重庆：重庆大学硕士学位论文，2006.

On beam-type transfer and design analysis of box type transformation conversion layer of some high-rise building

Zhang Xiaorong

(ChinaNorthwestArchitectureDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,Xiamen361004,China)

Taking Zhenhua Tower as the example, the paper researches the design parameter for the beam-type transfer, box type transformation conversion layer scheme in the project, analyzes the integrated and partial structures of the beam-type transfer and box type transformation conversion layer, and proves by the result that the structural design has better space performance, reasonable stress distribution, so its reliability and stiffness can be improved.

beam-type transfer, box type transformation conversion layer, structural analysis

1009-6825(2015)32-0034-02

2015-09-07

张小荣(1966- )，女，高级工程师

TU973

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