TKM软件结构分析之带转换层高层建筑

带转换层高层建筑结构

分析

在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接连续贯通落地时，应设置结构转换层，在结构转换层布置转换结构构件。当高层建筑上部楼层竖向结构体系与下部楼层差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时，就必须在结构改变的楼层布置转换层结构。底部大空间部分框支剪力墙结构，上部为剪力墙结构，底部数层为落地剪力墙或筒体和支承上部剪力墙的框架组成的协同工作结构体系。这种结构类型由于底部有较大空间，能适用于许多建筑功能的要求，广泛用于底部是商店、餐厅、车库、机房等用途，上部为住宅、公寓、饭店等高层建筑。一、转换结构的计算模型

高规10.1.2条文说明，带转换层结构，抗震设计时应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算。高规10.1.5条，复杂高层建筑结构中的受力复杂部位，宜进行应力分析，并按应力进行配筋设计校核。1.1梁托柱的转换结构

这类转换层的计算模型，可以仍采用

杆模型。如结构中较多轴线采用梁托柱的传力形式，则该结构也应该定义为“复杂高层”，托柱梁应按框支梁设计及构造控制，当转换层在3层及3层以上时，框支柱的抗震等级应提高1级；在特殊构件定义中应把与托柱梁相连的柱定义为框支柱，以便内力调整。1.2框支剪力墙转换结构

高规10.2.10条，转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层主结构上。当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜采用框支主、次梁方案。框支剪力墙结构宜采用墙元（壳元）模型，如SATWE、PMSAP等。框支托梁的构造应按高规的相应要求控制，如托梁上的洞口布置、托梁的腰筋配置等等；框支柱、托梁均应在特殊构件中单独定义，否则程序不会按框支柱、托梁进行设计控制。可以用FEQ对主梁托墙的框支榀进行二次应力分析，FEQ可以按高规的要求进行加强部位的应力配筋。次梁托墙的转换榀则无法进行平面应力分析。“高规”10.2.1条，非非抗震设计计和6度抗抗震设计可可采用；7、8度抗抗震设计的的地下室转转换构件可可采用厚板板。厚板转换层层结构，目目前缺乏完完善的分析析方法，应应尽量避免免采用。整体计算时时厚板一定定要考虑厚厚板面外的的变形，这这样才能把把上部结构构、厚板、、下部结构构的变形、、传力等计计算合理，，由于厚板板上下传力力的特殊性性，厚板面面外变形的的正确考虑虑，决定了了计算结果果的正确性性。厚板平平面内可以以按无限刚刚考虑。1.3厚板转换结结构在用SATWE、PMSAP进行结构的的整体分析析时，应使使厚板上下下结构的轴轴线在厚板板这层同时时画出，并并在轴线上上布置100*100的虚梁梁，当虚梁梁所围成的的房间较大大时还应增增加虚梁，，人工地细细分厚板单单元。最后后在分析时时厚板必须须定义为弹弹性楼板（（可以用““弹性板3”面内内无限刚，，面外有刚刚度）。此外厚板本本身的细部部分析，可可以借助二二次分析程程序SLABCAD完成，其中中板的配筋筋、冲切、、应力验算算等均包含含在内。SATWE厚板的分析析与结构整整体分析是是分开的，，在整体分分析中考虑虑板的变形形是为了结结构中除厚厚板以外构构件分析的的准确性。。PMSAP则是板与其其它构件一一起分析、、配筋。支撑厚板的的柱均应定定义为框支支柱。1.4超大梁转换换结构一般这种超超大梁占有有一层的高高度（剪力力墙），分分析模型与与构件的配配筋模型难难以统一，，所以采用用两次分析析用不同的的计算模型型来分别解解决。1）梁所在的一一层仍按一一层结构输输入，大梁梁按剪力墙墙定义，此此时可以正正确分析整整体结构及及构件内力力，除大梁梁（用剪力力墙输入））的配筋不不能用以外外，其余构构件的配筋筋均能参考考采用；2）把大梁作为为一层输入入，即两层层合并为一一层，大梁梁则按梁定定义，层高高为两层之之和，这种种计算模型型仅用于考考察、计算算大托梁受受力、配筋筋，其余构构件及结构构整体分析析的结果可可以不用。。层高的增加加使柱的计计算长度增增加，此时时程序自动动考虑柱上上端的刚域域，亦使结结构分析准准确。也可可以用FEQ进行二次分分析。1.5桁架转换结结构桁架转换结结构可由SATWE、TAT、PMSAP输入计算，，其分析的的关键是桁桁架上、下下层弦杆的的轴力，所所以在分析析时一定要要把上、下下弦杆层的的楼板定义义成弹性楼楼板6或弹弹性膜，以以便计算出出上、下弦弦杆的轴力力。当斜腹杆的的布置比较较简单，只只与上、下下楼层节点点相连，则则用SATWE、TAT计算没有问问题；如果果斜腹杆布布置复杂，，用SATWE、TAT计算时就需需要简化。。复杂连接的的转换结构构可以用SPASCAD建模，PMSAP计算。二、转换结结构的设计计控制2.1总体要求的的条文规定定及软件操操作高规条文：：1）表4.2.2-1和表4.2.2—1关于于A、B级最大适用用高度的规规定；2）第10.2.2条8度度不宜超过过3层；7度不宜超超过5层；；框支层层层数规定；；3）第10.1.2条9度度抗震设计计，不应采采用带转换换层结构；；4）按表4.8.2和表4.8.3，，正确填写写结构构件件的抗震等等级；5）第10.2.3条，底部带带转换层的的高层建筑筑结构布置置有关规定定。设定‘底部部带转换层层高层建建筑结构’’注意：SATWE、TAT和PMSAP目前将‘底底部带转换换层高层建建筑结构’’包含在‘‘复杂高层层结构’中中，没有细细分。lSATWE①进入菜单《《1.接PM生成SATWE数据》→《《1.分析与设计计参数补充充定义》→→《总信息息》。②在‘结构体体系’框中中选取‘复复杂高层结结构’即可可。在‘转换层层所在层号号’项内转转换层填入入所在的结结构自然层层号。若有有地下室则则包括地下下室层号在在内。设定‘框架架、剪力墙墙的抗震等等级’lSATWE①进入菜单《《1.接PM生成SATWE数据》→《《1.分析析与设计参参数补充定定义》→《《地震信息息》。②在‘框架抗抗震等级’’项内选择择抗震等级级。③在‘剪力墙墙抗震等级级’项内选选择抗震等等级。关联操作：：抗震等级：：用户若要要细调每根根构件的抗抗震等级可可进行此项项操作。经经此操作后后的构件抗抗震等级不不会再自动动提高。计算软件，，对以上内内容不进行行检查和纠纠错。2.2刚度控制及及软件输出出1）位移比比周期比高规的4.3.5条条规定，楼楼层竖向构构件的最大大水平位移移和层间位位移，A、B级高度高层层建筑均不不宜大于该该楼层平均均值的1.2倍；A级高度高层层建筑不应应大于该楼楼层平均值值的1.5倍，B级高度高层层建筑、混混合结构高高层建筑及及复杂高层建建筑，不应大于于该楼层平平均值的1.4倍。。高规的4.3.5条条规定，结结构扭转为为主的第一一周期Tt与平动为主主的第一周周期T1之比，A级高度高层层建筑不应应大于0.9；B级高度高层层建筑、混混合结构高高层建筑及及复杂高层建建筑不应大于0.85。。这是一般高高层建筑结结构，要满满足的；带带转换层高高层建筑结结构也是如如此。2）转换层上上部与下部部结构的侧侧向刚度比比高规的10.2.3条2款，转换上上部结构与与下部结构构的侧向刚刚度比的计计算和限值值，应符合合附录E的规定。结构计算软软件，按附附录E的计算方法法，计算了了侧刚比。。高规附录E中E.0.1是针对转换换层位于1层的，采用用转换层上上、下层结结构等效剪剪切刚度比比算法，宜为1，限制非抗抗震设计时时不应大于于3，抗震设计计时不应大大于2。E.0.2是针对转换换层位置大大于1层的，采用用转换层的的上部结构构与带转换换层的下层层结构等效效侧向刚度度比算法，，宜为1，限制非抗抗震设计时时不应大于于2，抗震设计计时不应大大于1.3。当转换层设设置在3层层及3层以以上时转换换层本层侧侧向刚度不不应小于相相邻上一层层楼层侧向向刚度的60%。上机操作：三种计算层侧侧向刚度的方方法方法1--高高规附录E.0.1的剪切刚度：：Ki=GiAi/hi，适用于转换层层位于1层的的刚度突变的的控制；方法2--高高规附录E.0.2的方法剪弯刚刚度：Ki=1/Δi，适用于转换层层位置大于1层的刚度突突变的控制；；方法3--地震剪力与地地震层间位移移的比：Ki=Vi/ΔUi，适用于转换层层设置在3层及3层以上时转换换层本层侧向向刚度不应小小于相邻上一一层楼层侧向向刚度的60%的控制。转换层位于1层时用户应该该采用‘剪切切刚度’方法法计算层刚度度，当转换层位置置大于1层用户应该采采用‘剪弯刚刚度’方法计计算层刚度，，转换层设置在在3层及3层层以上时用户户还要采用‘‘地震剪力与与地震层间位位移的比’方方法再计算一一次层刚度，，从而进行转转换层本层侧侧向刚度不应应小于相邻上上一层楼层侧侧向刚度的60%的下限限控制。目前前程序未输出出超下限的警警告提示。当转换层设置置在3层及3层以上的结结构要计算两两次，才能正正确地做好转转换层上、下下刚度突变的的控制。结果说明：SATWE可在WMASS.OUT文件中查看==================================================高高位位转换时转换换层上部与下下部结构的等等效侧向刚度度比==================================================转换层所在层层号=3转换层下部结结构起止层号号及高度=1，3，10.10转换层上部结结构起止层号号及高度=4，6，8.10X方向下部刚度度=0.2353E+08，X方向上部刚度度=0.2769E+08，X方向刚度比=0.9439Y方向下部刚度度=0.4338E+08，Y方向上部刚度度=0.3284E+08，Y方向刚度比=0.60722.3剪力墙底部加加强部位高规的10.2.4条，，剪力墙底部部加强部位的的高度可取框框支层加上框框支层以上两两层的高度及及墙肢总高度度的1/8二二者的较大值值。程序按此规定定，自动确定定剪力墙底部部加强部位，，并执行与之之有关的相应应操作。WMSS.OUT文件中有输出出：剪力墙底部加加强区信息.................................剪力墙底部加加强区层数IWF=5剪力墙底部加加强区高度(m)Z_STRENGTHEN=22.902.4抗震等级当转换层位置置设置在3层层或3层以上上时，框支柱柱、位于底部部加强部位的的剪力墙抗震震等级宜按表表4.8.2和表4.8.3规规定提高一级级采用，已为为特一级可不不再提高。对凡是在整体体结构抗震等等级中定义的的，程序自动动判断，是否否复杂高层，，转换层是否否在3层及以以上，而对框框支柱，底部部加强部位的的剪力墙的抗抗震等级提高高一级，对底部加强部部位的不落地地剪力墙的抗抗震等级不予予提高；对于在“特殊殊构件”菜菜单中另行改改动了抗震等等级，则不做做调整。最终调整的结结果，可在配配筋文件中看看到，用户可可进一步核实实。2.5薄弱楼层地震震剪力放大高规的10.2.6条条，带转换层层高层建筑结结构，其薄弱弱层地震剪力力应按高规的的5.1.14条规定乘乘以1.15增大系数。。程序依据5.1.14条条，检查相邻邻层刚度比，，当楼层抗侧侧刚度小于其其上层70%，或小于其其上相邻三层层侧向刚度平平均值的80%，则将该该楼层构件的的地震内力乘乘以1.15。用户可在在WMASS.OUT、TAT-M.OUT文件中看到薄薄弱层信息。。转换层是竖向向抗侧力构件件不连续贯通通，按抗规表表3.4.2--2，属属竖向不规则则，该楼层地地震剪力应乘乘1.15增增大系数。此项要点，软软件没有自动动实现，用户户自行指定转转换层为薄弱弱层，以便程程序对该层的的地震剪力提提高。2.6楼层最小地震震剪力系数控控制高规的3.3.13条条，水平地震震作用计算时时，结构各楼楼层对应于地地震作用标准准值的剪力应应符合表3.3.13的的要求。楼层最小地震震剪力控制（抗震规范5.2.5，高规3.3.13）抗震验算时，，结构任一楼楼层的水平地地震剪力应符符合下式要求求∶VEKi>λ(Gi+Gi+1+….+Gn)式中VEki—第i层对应于水平平地震作用标标准值的楼层层剪力；λ---剪力系数，不不应小于下表表规定的楼层层最小地震剪剪力系数值，，对于竖向不不规则结构的的薄弱层，尚尚应乘以1.15的增大大系数；Gi---地震时结构第第i层的重力荷载载代表值。（结构自重标标准值加可变变荷载组合值值）楼层最小地震震剪力系数值值类别别7度8度9度扭转效应明显显或基本周期小于于3.5s0.016(0.024)0.032(0.048)0.064基本周期大于于5.0s0.012(0.018)0.024(0.032)0.040注∶1、基本周期期介于3.5s和5s之间的结构，，可插入取值值；2、括号内数数值分别用于于设计基本地地震加速度为为0.15g和0.30g的地区。水平地震影响响系数最大值值αmax∶0.08（（0.12））0.16（（0.24））0.32程序序给给出出一一个个控控制制开开关关，，由由设设计计人人员员决决定定是是否否由由程程序序自自动动进进行行调调整整。。若若选选中中∶∶由由程程序序自自动动进进行行调调整整，，则则程程序序对对结结构构的的每每一一层层剪剪重重比比进进行行判判断断，，若若小小于于规规范范要要求求，，则则相相应应放放大大该该层层的的地地震震作作用用效效应应。。当结结构构的的地地震震作作用用不不满满足足规规范范要要求求的的最最小小剪剪力力系系数数时时，，首首先先要要检检查查采采用用振振型型分分解解反反应应谱谱法法选选取取的的振振型型个个数数是是否否足足够够多多；；即即参参与与振振动动的的有有效效质质量量是是否否满满足足了了大大于于90%的的要要求求。。不不满满足足此此要要求求，，可可能能是是一一些些高高振振型型的的地地震震贡贡献献没没被被计计算算在在内内；；还还过过少少，，则则反反映映了了结结构构刚刚度度和和质质量量可可能能存存在在不不合合理理分分布布，，严严格格来来说说，，需需要要调调整整结结构构布布置置以以使使其其满满足足最最小小剪剪力力系系数数要要求求。。本参参数数打打开开时时程程序序自自动动调调整整放放大大地地震震作作用用效效应应以以使使其其满满足足最最小小剪剪力力系系数数要要求求，，此此时时用用户户仍仍应应知知道道该该结结构构的的方方案案可可能能是是存存在在缺缺陷陷的的。2.7框剪剪结结构构、、框框支支结结构构柱柱地地震震剪剪力力调调整整框剪剪结结构构的的0.2Qo调整整框架架部部分分的的地地震震剪剪力力，，不不应应小小于于结结构构底底部部总总地地震震剪剪力力的的20%和和按按框框——剪剪结结构构分分析析的的框框架架部部分分各各楼楼层层地地震震剪剪力力中中最最大大值值1.5倍倍二二者者的的较较小小值值。。框支支柱柱地地震震作作用用下下的的内内力力调调整整1））框框支支柱柱数数目目不不多多于于10根根时时:当当框框支支层层为为1——2层层时时各各层层每每根根柱柱所所受受的的剪剪力力应应至至少少取取基基底底剪剪力力的的2%；；2））当当框框支支层层为为3层层及及3层层以以上上时时，，各各层层每每根根柱柱所所受受的的剪剪力力应应至至少少取取基基底底剪剪力力的的3%。。；；3））框框支支柱柱数数目目多多于于10根根时时，，当当框框支支层层为为1——2层层时时每每层层框框支支柱柱所所承承受受剪剪力力之之和和应应取取基基底底剪剪力力20%；；4））当当框框支支层层为为3层层及及3层层以以上上时时，，每每层层框框支支柱柱所所承承受受剪剪力力之之和和应应取取基基底底剪剪力力30%。。框支支柱柱剪剪力力调调整整后后，，应应相相应应调调整整框框支支柱柱的的弯弯矩矩及及柱柱端端梁梁的的剪剪力力、、弯弯矩矩。。框支支柱柱地地震震轴轴力力增增大大高规规4.9.2、、10.2.12条条规规定定规规定定，，框框支支柱柱在在特特一一级级、、一一、、二二级级抗抗震震时时，，地地震震作作用用产产生生的的轴轴力力分分别别乘乘以以增增大大系系数数1.8、、1.5、、1.2。。但但在在计计算算轴轴压压比比时时不不考考虑虑该该增增大大系系数数。。框架架梁梁的的弯弯矩矩剪剪力力SATWE、、TAT、、PMSAP在执执行行本本条条时时，，自自动动对对框框支支柱柱的的弯弯矩矩剪剪力力作作调调整整，，由由于于调调整整系系数数往往往往很很大大，，为为了了避避免免异异常常情情况况，，程程序序给给出出一一个个控控制制开开关关，，由由设设计计人人员员决决定定是是否否对对与与框框支支柱柱相相连连的的框框架架梁梁的的弯弯矩矩剪剪力力进进行行相相应应调调整整。。三、、转转换换结结构构的的设设计计内内力力调调整整框架架柱柱、框支支柱柱设设计计内内力力调调整整系数数框架架柱柱、、角角柱柱和和框框支支柱柱设设计计内内力力调调整整框框架架柱柱、、角角柱柱和和框框支支柱柱设设计计内内力力调调整整一般剪力力墙结构构设计内内力调整整系数带转换层层结构剪剪力墙设设计内力力调整系系数框架梁、、连梁设设计剪力力调整系系数框支柱设设计轴力力调整工程例工程例∶∶E169，22层，高度度61.6m，底三层框框支，，上部19层剪剪力墙，，7度。。框支柱柱一级抗抗震。框框支柱轴轴力调整整系数1.5。考察第三层第15柱柱。第三层(转换层层)平平面第三层框支柱柱（柱柱号15)标标准内力力中的轴轴力-------------------------------------------------N-C=15Node-i=463,Node-j=299,DL=3.700(m),Angle=0.000Shear-XShear-YAxialMx-BtmMy-BtmMx-TopMy-Top(1)-4.4-7.5161.3-6.9-4.520.811.8(2)-6.5-34.7-52.434.7-7.093.817.0(3)-2.4-1.785.71.3-2.45.26.6(4)-2.9-15.6-26.415.4-3.042.37.6(5)176.6-42.6-5148.032.1133.8125.5-519.6(6)34.7-4.8-1030.43.826.414.0-102.0------------------------------------------------第三层框支柱柱（第15柱柱）设计计轴力(第28种组组合)计算算∶1.2*(-5148.)+0.6*(-1030.4)+0.28*85.7+1.3*161.3*1.5=-6457.3第三层框支柱柱（第16柱柱）设计计轴力(第40种组组合)计算算∶1.0*(-4657.4)+0.5*(-798.8)+0.28*(-247.9)-1.3*(-468.2)*1.5=-4213.21.5系数只对对地震作作用产生生的轴力力进行放放大框支托梁梁设计内内力调整整工程例框支托梁梁弯矩、、剪力力调整工工程例（（第三层层））框支托梁梁地震剪剪力调整整a、薄弱楼层层1.15调整b、框剪0.2Q0调整c、高规10.2.6转换换构件地地震内力力（弯矩矩、剪剪力）增增大1.8,1.5,1.25d、梁构件剪剪力调整整本例中，，第三三层框支支托梁地震剪力力的调整系数如下下∶a、1.15；b、X向1.0，Y向1.0；c、1.5(一级抗震震)；；d、剪力调整整1.3。。第31梁剪力力标准值值∶（（右端端剪力））N-B=31(Node-i=643,Node-j=644)DL=2.799(m)(1)63.6-74.9-49.50.05.40.00.00.0(2)-9.414.58.50.0-1.10.00.00.0(3)35.8-42.9-28.10.02.70.00.00.0(4)-5.78.65.10.0-0.60.00.00.0(5)570.1475.0376.2273.9167.958.2-55.0-171.9-292.40.0-266.6-277.0-287.4-297.8-308.1-318.5-328.9-339.3-349.725.0(6)113.092.771.950.528.56.0-17.1-40.7-64.90.0-57.1-58.7-60.4-62.0-63.6-65.2-66.8-68.4-70.04.7剪力设计计值、、配箍Shear-509.-522.-536.-549.-562.-576.-589.-603.-616.Load(28)(28)(28)(28)(28)(28)(28)(28)(28)CaseAsv280.280.280.280.280.280.280.280.280.Rsv0.800.800.800.800.800.800.800.800.80梁右端剪力设设计值计计算式∶（第28工工况））1.2*(-349.7)+0.6*(-70.)+(0.28*(-28.1)+1.3*(-49.5)*1.15*1.5)*1.3=-616.17薄弱层增增大托托梁地地震内力力增大梁梁剪剪力调整整系数第39梁标准内内力∶（（右端弯弯矩））N-B=39(Node-i=470,Node-j=471)DL=2.950(m)(1)-11.3-152.7-48.60.0-1.40.00.00.0(2)11.816.22.80.03.20.00.00.0(3)-4.7-83.7-26.80.0-0.40.00.00.0(4)5.69.21.20.01.50.00.00.0(5)-73.2-8.951.6108.3161.2210.3255.6297.1334.80.0179.5169.2158.9148.6138.3128.0117.7107.497.13.2(6)-10.5-1.27.515.723.330.336.842.748.00.026.024.522.921.419.818.316.715.213.60.5弯矩设计计值、、配筋N-B=39(I=470,J=471)(1)B*H(mm)=350*1150Lb=2.95Cover=30Nf=1-I--1--2--3--4--5--6--7--J-+M0.60.178.293.404.509.610.706.796.(kNm)Load(0)(37)(29)(29)(29)(29)(29)(29)(29)CaseBtm1690.1373.1373.1373.1373.1415.1695.1961.2213.Ast%Steel0.420.340.340.340.340.350.420.490.55梁右端弯矩设计值计算算式∶1.2*(334.8)+0.6*(48.0)-0.28*(-83.7)-1.3*(-152.7)*1.15*1.5=796.42剪力墙设计计内力调整工程例工程例:DM_PS，36层，转换换层结构。。底6层框支支，设防防烈度7度，二二类场地土土。结构总高114.1m,满足B类高度（（120m）。底部加强区区，底下8层，，剪力墙抗抗震等级特一级。。第7墙板板，第28工况，，1--6层设计计弯矩。。第7墙板板，第40工况，，1--6层设计计弯矩。。位于底部加加强部位内内的非落地地剪力墙的的内力调整整，取非加加强部位剪剪力墙调整整系数进行行放大。在底部加强强部位内，，墙体不连连续，上层层墙体找不不到底部墙墙体弯矩设设计值，，取非加强强部位剪力力墙调整系系数进行放放大。四、转换结结构的二次次分析4.1高精度平面面有限元分分析FEQFEQ主要针对框框支剪力墙墙结构中框框支榀的二二次分析，，当次梁承承托剪力墙墙时，不能能用FEQ分析。所以以应注意以以下几点：：（1）只能分析主主梁承托的的框支榀；；（2）在截取计算算榀时，最最好全轴线线截取，以以减少与整整体分析时时的误差；；（3）在截取层数数时，只能能截取框支支层上部不不超过4层层。因为在在整体分析析时，框支支托梁的竖竖向刚度要要远小于落落地墙的轴轴向刚度，，竖向荷载载按刚度分分配后，使使托梁承担担的荷载远远小于托梁梁上部的总总荷载，所所以取转换换梁上部3-4层，，计算得到到的托梁的的内力才有有参考价值值；（4）转换层结构构的整体分分析，应选选用墙元、、壳元模型型（SATWE），这样FEQ在传递荷载载时更为准准确；（5）FEQ主要计算框框支托梁配配筋、剪力力墙加强部部位的配筋筋，其