曹 若 渊

(山西省建筑设计研究院，山西 太原　030013)



厚板转换的设计实践

曹 若 渊

(山西省建筑设计研究院，山西 太原030013)

介绍了结构转换层的常见形式，并以某工程为例，分析了该建筑结构整体抗震性能及厚板应力，阐述了厚板转换在低烈度区转换结构中的应用，为类似工程设计提供参考。

建筑物，结构分析，节点设计，应力

1　结构转换层的形式

在建筑设计时，建筑物下部由于使用功能的要求，往往需要大空间大柱网，而上部的住宅为了避免大截面梁柱的出现采用剪力墙结构。这就造成了建筑的某一层需要进行结构形式的转换。目前国内常用的转换层转换结构构件有转换梁、桁架、空腹桁架、箱形结构、斜杆、厚板等。由于转换结构在转换部位上、下层的结构刚度差别比较大，其抗震性能相对较差。应采取加强措施，否则转换层的破坏会先于其他部位，塑性铰出现于底部，对结构产生较大破坏。由于对于厚板转换形式在地震区使用的经验少，厚板转换可能会影响结构整体的抗震性能，现在限制高烈度区采用厚板转换。《高层建筑混凝土结构技术规程》第10.2.4条注明：非抗震设计和6度抗震设计时可采用厚板,7，8度抗震设计时地下室的转换结构构件可采用厚板。研究结果表明在6度区，只要适当构造，板柱节点在承受竖向设计荷载产生的冲切剪力时，即使罕遇地震的作用，仍然具有足够的延性，且厚板转换具有净高增加、钢筋排序简单和支模方便以及无需多级转换等优点。

2　工程概况及造型

本工程为地下3层，地上32层建筑物，地下3层、2层为人防，地下1层、1层、2层为商业，3层～32层为住宅。地下3层层高3.2 m，地下2层4.3 m，地下1层4.6 m，1层4.5 m，2层6 m(包括2 m厚板)。建筑平面如图1，图2所示。

结构总高度为97.5 m。抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，第三组。场地类别为Ⅱ类。由于建筑设计时户型设计在先，户型设计时并没有考虑结构的转换，因此在选择结构方案时，如果采用梁式转换，将造成许多二、三级转换，使结构方案更加不合理，所以综合考虑采用厚板转换的形式使底部空间布置更加灵活。

3　结构分析

3.1抗震性能目标的确定

根据JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程第3,11节，本工程结构预期的抗震性能目标要求达到C级，相应小震、中震和大震下的结构抗震性能水准分别为水准1、水准3和水准4。

3.2结构的整体计算

本工程采用中国建筑科学研究院编制的《结构空间有限元分析与计算软件》(SATWE v2.2)进行了整体分析计算。首先采用柱间设置虚梁以形成转换板上下结构力的有效传递，使转换板参与结构的整体分析，其中转换梁无刚度不参与计算，然后采用midas building程序中板的有限元计算分析对转换厚板进行分析，最后采用midas building程序对建筑物在罕遇地震作用下进行静力弹塑性推覆分析，进行性能化设计。转换层厚板位于第2层，相当于几层楼自重的厚板质量集中在该层顶，震动性能复杂，且很容易出现本层刚度比下一层刚度大很多的情况，楼层刚度在此层明显突变，容易产生底部变形集中以及相邻上下层产生很大的作用力，地震反应强烈，结构抗震不利。应对框支柱及框支柱与厚板的连接进行加强，对转换层以下各层的侧向刚度进行加强，能有效传递水平地震作用至底层。通过概念性设计，对剪力墙的布置进行调整，合理加强建筑的抗扭转刚度，对结构最大位移比进行严格控制，最大位移比不应大于1.4，并对转换层与上一层的侧向刚度进行控制。本工程偶然偏心地震作用规定水平力下最大位移比为X向1.2；转换层与上一层的侧向刚度比：X方向刚度比为1.027 4；Y方向刚度比为1.021 9，均满足规范要求。

考虑扭转耦联时的振动周期(s),X,Y方向的平动系数、扭转系数见表1，最大层间位移角见表2。

表1　结构振动周期表

表2　最大层间位移角

3.3厚板应力分析

厚板作为转换结构中的转换构件，需要同时承受和传递竖向力作用以及把水平力传递和分配给竖向抗侧力构件、协调同一楼层中竖向构件的变形，使建筑物形成一个完整的抗侧力体系。本工程应用midas building程序中板的有限元计算分析对转换厚板在恒、活、风、水平、竖向地震(小震)工况组合下的应力、挠度、配筋进行了分析、比较，均满足规范要求及符合结构受力模型。

3.4大震阶段分析

本工程应用midas building程序采用简化模型对建筑物在罕遇地震作用下进行静力弹塑性推覆模拟分析。

罕遇地震作用下静力弹塑性分析所得的性能点处的位移、剪力如表3所示。

表3　位移、剪力表

在大震下静力弹塑性分析所得的各种性能曲线如图3～图6所示。

主要计算结果分析。1)罕遇地震作用时，X向、Y向性能点处弹塑性层间位移角最大值均小于1/100,并同时满足规范中性能水准四及大震不倒的抗震目标。2)在推覆过程中，受弯塑性点首先出现在底部剪力墙连梁、转换层上一层墙肢，接着沿竖向发展，受弯塑性点增多，直到性能点大部分连梁发生破坏，部分框架梁发生弯曲破坏。因此结构薄弱部位为：转换层上一层剪力墙、平面凹凸墙肢处，应加强抗震构造措施。3)根据计算结果底部加强区各片剪力墙的受剪截面尺寸验算可满足不屈服的要求。

4　节点设计

本工程转换厚板位于2层顶，板厚2 000 mm，混凝土强度C40。计算表明，厚板满足抗弯、抗剪、抗冲切的设计要求。本工程采取了以下措施：

1)在竖向荷载和地震力的共同作用下厚板可能产生剪切破坏，应三向配筋。本工程应用midas building程序中板的有限元计算分析对转换厚板在恒、活、风、水平、竖向地震(小震)工况组合下的应力进行分析及配筋。钢筋沿板上下部双层双向32@130配置，以及按有限元法分析计算要求附加钢筋，每层每方向配筋率达到0.31%，满足高规10.2.23的要求。板顶、板底设置拉筋18@780×780如图7所示。

2)在厚板周边边缘位置及框支柱之间设置暗梁，暗梁构造同框支转换梁，当上部剪力墙未置于框支柱之间的暗梁上时，应增设暗梁，两端锚入框支柱之间暗梁内，具体构造如图8所示。

在厚板周边边缘位置及框支柱之间设置暗梁可有效防止转换厚板沿厚度方向产生层状水平裂缝。

3)对转换层以上两层剪力墙按加强区进行了加强配置，并且边缘构件按约束构件设计继续向上延伸一层，提高了暗柱及墙体配筋率，增强其延性及抗弯、抗剪能力，平面凹凸墙肢处暗柱采取同样的加强措施。

4)设置转换层，竖向构件不连续，不可避免的在转换层出现刚度变化，引起转换层相邻楼层的地震作用增大，应对相邻楼板采取加强措施，提高其承载及变形协调的能力。本工程对转换楼板相邻层的楼板采取了加厚板厚至150 mm且双层双向配筋的措施。

5)对框支柱及落地剪力墙的轴压比严格按照规范控制，有条件时应提高控制要求，并适当提高其纵筋配筋率及体积配箍率，提高其延性。

6)由于板厚为2 m，自重较大，属于大体积混凝土，如采用一次性浇筑，模板支撑难度大，水化热引起的温度应力也较大，考虑施工时分两次浇筑，厚板中部设双向14@260钢筋网片，先施工下部1 000 mm厚部分，待混凝土强度达到70%再施工上半部分。施工时优先采用水化热小的水泥，添加15%左右的粉煤灰，减小混凝土施工过程中的水化热，并且添加适量的膨胀剂或膨胀纤维，解决部分混凝土收缩开裂问题。

5　结语

通过对厚板的受力分析，节点设计,可以看出在低烈度区，采用合理的设计手段，计算精确，措施恰当，合理的配筋及构造，完全能够满足建筑物在中、大震下的安全性。

[1]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及计算[M].北京：中国建筑工业出版社,2011.

[2]朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析JGJ 3—2010[M].北京：中国建筑工业出版社,2013.

Design practice of thick plate transition

Cao Ruoyuan

(Shanxi Academy of Building Design, Taiyuan 030013, China)

The paper introduces common structural transformation layer forms. Taking the engineering as an example, it analyzes integral building structure seismic performance and thick-plate stress, and describes the application of thick-plate transition layer in transition structure with low intensity, which has provided some guidance for similar engineering design.

building, structural analysis, joint design, stress

1009-6825(2016)25-0046-03

2016-06-18

曹若渊(1981- )，男，工程师

TU318

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