转换层结构的

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，非非抗震设计和6度抗震设计可可采用；7、8度抗震设计的的地下室转换构构件可采用厚板板。厚板转换层结构构，目前缺乏完完善的分析方法法，应尽量避免免采用。整体计算时厚板板一定要考虑厚厚板面外的变形形，这样才能把把上部结构、厚厚板、下部结构构的变形、传力力等计算合理，，由于厚板上下下传力的特殊性性，厚板面外变变形的正确考虑虑，决定了计算算结果的正确性性。厚板平面内内可以按无限刚刚考虑。1.3厚板转换结构在用SATWE、PMSAP进行结构的整体体分析时，应使使厚板上下结构构的轴线在厚板板这层同时画出出，并在轴线上上布置100*100的虚梁梁，当虚梁所围围成的房间较大大时还应增加虚虚梁，人工地细细分厚板单元。。最后在分析时时厚板必须定义义为弹性楼板（（可以用“弹性性板3”面内内无限刚，面外外有刚度）。此外厚板本身的的细部分析，可可以借助二次分分析程序SLABCAD完成，其中板的的配筋、冲切、、应力验算等均均包含在内。SATWE厚板的分析与结结构整体分析是是分开的，在整整体分析中考虑虑板的变形是为为了结构中除厚厚板以外构件分分析的准确性。。PMSAP则是板与其它构构件一起分析、、配筋。支撑厚板的柱均均应定义为框支支柱。1.4超大梁转换结构构一般这种超大梁梁占有一层的高高度（剪力墙）），分析模型与与构件的配筋模模型难以统一，，所以采用两次次分析用不同的的计算模型来分分别解决。1）梁所在的一层仍仍按一层结构输输入，大梁按剪剪力墙定义，此此时可以正确分分析整体结构及及构件内力，除除大梁（用剪力力墙输入）的配配筋不能用以外外，其余构件的的配筋均能参考考采用；2）把大梁作为一层层输入，即两层层合并为一层，，大梁则按梁定定义，层高为两两层之和，这种种计算模型仅用用于考察、计算算大托梁受力、、配筋，其余构构件及结构整体体分析的结果可可以不用。层高的增加使柱柱的计算长度增增加，此时程序序自动考虑柱上上端的刚域，亦亦使结构分析准准确。也可以用用FEQ进行二次分析。。1.5桁架转换结构桁架转换结构可可由SATWE、TAT、PMSAP输入计算，其分分析的关键是桁桁架上、下层弦弦杆的轴力，所所以在分析时一一定要把上、下下弦杆层的楼板板定义成弹性楼楼板6或弹性膜膜，以便计算出出上、下弦杆的的轴力。当斜腹杆的布置置比较简单，只只与上、下楼层层节点相连，则则用SATWE、TAT计算没有问题；；如果斜腹杆布布置复杂，用SATWE、TAT计算时就需要简简化。复杂连接的转换换结构可以用SPASCAD建模，PMSAP计算。二、转换结构的的设计控制2.1总体要求的条文文规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A、B级最大适用高度度的规定；2）第10.2.2条8度度不宜超过3层层；7度不宜超超过5层；框支支层层数规定；；3）第10.1.2条9度度抗震设计，不不应采用带转换换层结构；4）按表4.8.2和表4.8.3，正确确填写结构构件件的抗震等级；；5）第10.2.3条，底部带转换换层的高层建筑筑结构布置有关关规定。设定‘底部带转转换层高层建建筑结构’注意：SATWE、TAT和PMSAP目前将‘底部带带转换层高层建建筑结构’包含含在‘复杂高层层结构’中，没没有细分。lSATWE①进入菜单《1.接PM生成SATWE数据》→《1.分析与设计参数数补充定义》→→《总信息》。。②在‘结构体系’’框中选取‘复复杂高层结构’’即可。在‘转换层所在在层号’项内转转换层填入所在在的结构自然层层号。若有地下下室则包括地下下室层号在内。。设定‘框架、剪剪力墙的抗震等等级’lSATWE①进入菜单《1.接PM生成SATWE数据》→《1.分析与设计参参数补充定义》》→《地震信息息》。②在‘框架抗震等等级’项内选择择抗震等级。③在‘剪力墙抗震震等级’项内选选择抗震等级。。关联操作：抗震等级：用户户若要细调每根根构件的抗震等等级可进行此项项操作。经此操操作后的构件抗抗震等级不会再再自动提高。计算软件，对以以上内容不进行行检查和纠错。。2.2刚度控制及软件件输出1）位移比周期期比高规的4.3.5条规定，楼楼层竖向构件的的最大水平位移移和层间位移，，A、B级高度高层建筑筑均不宜大于该该楼层平均值的的1.2倍；A级高度高层建筑筑不应大于该楼楼层平均值的1.5倍，B级高度高层建筑筑、混合结构高高层建筑及复杂高层建筑，不应大于该楼楼层平均值的1.4倍。高规的4.3.5条规定，结结构扭转为主的的第一周期Tt与平动为主的第第一周期T1之比，A级高度高层建筑筑不应大于0.9；B级高度高层建筑筑、混合结构高高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。这是一般高层建建筑结构，要满满足的；带转换换层高层建筑结结构也是如此。。2）转换层上部与与下部结构的侧侧向刚度比高规的10.2.3条2款，转换上部结结构与下部结构构的侧向刚度比比的计算和限值值，应符合附录录E的规定。结构计算软件，，按附录E的计算方法，计计算了侧刚比。。高规附录E中E.0.1是针对转换层位位于1层的，采用转换换层上、下层结结构等效剪切刚刚度比算法，宜为1，限制非抗震设设计时不应大于于3，抗震设计时不不应大于2。E.0.2是针对转换层位位置大于1层的，采用转换换层的上部结构构与带转换层的的下层结构等效效侧向刚度比算算法，宜为1，限制非抗震设设计时不应大于于2，抗震设计时不不应大于1.3。当转换层设置在在3层及3层以以上时转换层本本层侧向刚度不不应小于相邻上上一层楼层侧向向刚度的60%。上机操作：三种计算层侧向向刚度的方法方法1--高规规附录E.0.1的剪切刚度：Ki=GiAi/hi，适用于转换层位位于1层的刚度度突变的控制；；方法2--高规规附录E.0.2的方法剪弯刚度度：Ki=1/ΔΔi，适用于于转换换层位位置大大于1层的的刚度度突变变的控控制；；方法3--地震剪剪力与与地震震层间间位移移的比比：Ki=Vi/ΔUi，适用于于转换换层设设置在在3层及3层以上上时转转换层层本层层侧向向刚度度不应应小于于相邻邻上一一层楼楼层侧侧向刚刚度的的60%的控制制。转换层层位于于1层时用用户应应该采采用‘‘剪切切刚度度’方方法计计算层层刚度度，当转换换层位位置大大于1层用户户应该该采用用‘剪剪弯刚刚度’’方法法计算算层刚刚度，，转换层层设置置在3层及及3层层以上上时用用户还还要采采用‘‘地震震剪力力与地地震层层间位位移的的比’’方法法再计计算一一次层层刚度度，从从而进进行转转换层层本层层侧向向刚度度不应应小于于相邻邻上一一层楼楼层侧侧向刚刚度的的60%的的下限限控制制。目目前程程序未未输出出超下下限的的警告告提示示。当转换换层设设置在在3层层及3层以以上的的结构构要计计算两两次，，才能能正确确地做做好转转换层层上、、下刚刚度突突变的的控制制。结果说说明：SATWE可在WMASS.OUT文件中中查看看==================================================高高位位转换换时转转换层层上部部与下下部结结构的的等效效侧向向刚度度比==================================================转换层层所在在层号号=3转换层层下部部结构构起止止层号号及高高度=1，3，10.10转换层层上部部结构构起止止层号号及高高度=4，6，8.10X方向下下部刚刚度=0.2353E+08，，X方向上上部刚刚度=0.2769E+08，，X方向刚刚度比比=0.9439Y方向下下部刚刚度=0.4338E+08，，Y方向上上部刚刚度=0.3284E+08，，Y方向刚刚度比比=0.60722.3剪力墙墙底部部加强强部位位高规的的10.2.4条，，剪力力墙底底部加加强部部位的的高度度可取取框支支层加加上框框支层层以上上两层层的高高度及及墙肢肢总高高度的的1/8二二者的的较大大值。。程序按按此规规定，，自动动确定定剪力力墙底底部加加强部部位，，并执执行与与之有有关的的相应应操作作。WMSS.OUT文件中中有输输出：：剪力墙墙底部部加强强区信信息.................................剪力墙墙底部部加强强区层层数IWF=5剪力墙墙底部部加强强区高高度(m)Z_STRENGTHEN=22.902.4抗震等等级当转换换层位位置设设置在在3层层或3层以以上时时，框框支柱柱、位位于底底部加加强部部位的的剪力力墙抗抗震等等级宜宜按表表4.8.2和和表表4.8.3规规定定提高高一级级采用用，已已为特特一级级可不不再提提高。。对凡是是在整整体结结构抗抗震等等级中中定义义的，，程序序自动动判断断，是是否复复杂高高层，，转换换层是是否在在3层层及以以上，，而对对框支支柱，，底部部加强强部位位的剪剪力墙墙的抗抗震等等级提提高一一级，，对底部部加强强部位位的不不落地地剪力力墙的的抗震震等级级不予予提高高；对于在在“特特殊构构件””菜菜单中中另行行改动动了抗抗震等等级，，则不不做调调整。。最终调调整的的结果果，可可在配配筋文文件中中看到到，用用户可可进一一步核核实。。2.5薄弱楼楼层地地震剪剪力放放大高规的的10.2.6条条，带带转换换层高高层建建筑结结构，，其薄薄弱层层地震震剪力力应按按高规规的5.1.14条条规定定乘以以1.15增大大系数数。程序依依据5.1.14条条，检检查相相邻层层刚度度比，，当楼楼层抗抗侧刚刚度小小于其其上层层70%，，或小小于其其上相相邻三三层侧侧向刚刚度平平均值值的80%，则则将该该楼层层构件件的地地震内内力乘乘以1.15。。用户户可在在WMASS.OUT、TAT-M.OUT文件中中看到到薄弱弱层信信息。。转换层层是竖竖向抗抗侧力力构件件不连连续贯贯通，，按抗抗规表表3.4.2--2，属属竖向向不规规则，，该楼楼层地地震剪剪力应应乘1.15增增大系系数。。此项要要点，，软件件没有有自动动实现现，用用户自自行指指定转转换层层为薄薄弱层层，以以便程程序对对该层层的地地震剪剪力提提高。。2.6楼层最最小地地震剪剪力系系数控控制高规的的3.3.13条条，水水平地地震作作用计计算时时，结结构各各楼层层对应应于地地震作作用标标准值值的剪剪力应应符合合表3.3.13的的要求求。楼层最最小地地震剪剪力控控制（抗震规规范5.2.5，高规规3.3.13）抗震验验算时时，结结构任任一楼楼层的的水平平地震震剪力力应符符合下下式要要求∶∶VEKi>λ(Gi+Gi+1+….+Gn)式中VEki—第i层对应应于水水平地地震作作用标标准值值的楼楼层剪剪力；；λ---剪力系系数，，不应应小于于下表表规定定的楼楼层最最小地地震剪剪力系系数值值，对对于竖竖向不不规则则结构构的薄薄弱层层，尚尚应乘乘以1.15的的增大大系数数；Gi---地震时时结构构第i层的重重力荷荷载代代表值值。（结构构自重重标准准值加加可变变荷载载组合合值））楼层最最小地地震剪剪力系系数值值类别别7度8度9度扭转效效应明明显或或基本周期小于3.5s0.016(0.024)0.032(0.048)0.064基本周期大于5.0s0.012(0.018)0.024(0.032)0.040注∶1、基本周期介于于3.5s和5s之间的结构，可插插入取值；2、括号内数值分分别用于设计基本本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。水平地震影响系数数最大值αmax∶0.08（0.12）0.16（0.24）0.32程序给出一个控制制开关，由设计人人员决定是否由程程序自动进行调整整。若选中∶由程程序自动进行调整整，则程序对结构构的每一层剪重比比进行判断，若小小于规范要求，则则相应放大该层的的地震作用效应。。当结构的地震作用用不满足规范要求求的最小剪力系数数时，首先要检查查采用振型分解反反应谱法选取的振振型个数是否足够够多；即参与振动动的有效质量是否否满足了大于90%的要求。不满满足此要求，可能能是一些高振型的的地震贡献没被计计算在内；还过少少，则反映了结构构刚度和质量可能能存在不合理分布布，严格来说，需需要调整结构布置置以使其满足最小小剪力系数要求。。本参数打开时程序序自动调整放大地地震作用效应以使使其满足最小剪力力系数要求，此时时用户仍应知道该该结构的方案可能能是存在缺陷的。2.7框剪结构、框支结结构柱

地震剪力力调整框剪结构的0.2Qo调整框架部分的地震剪剪力，不应小于结结构底部总地震剪剪力的20%和按按框—剪结构分析析的框架部分各楼楼层地震剪力中最最大值1.5倍二二者的较小值。框支柱地震作用下下的内力调整1）框支柱数目不不多于10根时:当框支层为1——2层时各层每根根柱所受的剪力应应至少取基底剪力力的2%；2）当框支层为3层及3层以上时时，各层每根柱所所受的剪力应至少少取基底剪力的3%。；3）框支柱数目多多于10根时，当当框支层为1—2层时每层框支柱柱所承受剪力之和和应取基底剪力20%；4）当框支层为3层及3层以上时时，每层框支柱所所承受剪力之和应应取基底剪力30%。框支柱剪力调整后后，应相应调整框框支柱的弯矩及柱柱端梁的剪力、弯弯矩。框支柱地震轴力增增大高规4.9.2、、10.2.12条规定规定，框框支柱在特一级、、一、二级抗震时时，地震作用产生生的轴力分别乘以以增大系数1.8、1.5、1.2。但在计算轴轴压比时不考虑该该增大系数。框架梁的弯矩剪力力SATWE、TAT、PMSAP在执行本条时，自自动对框支柱的弯弯矩剪力作调整，，由于调整系数往往往很大，为了避避免异常情况，程程序给出一个控制制开关，由设计人人员决定是否对与与框支柱相连的框框架梁的弯矩剪力力进行相应调整。。三、转换结构的设设计内力调整框架柱、框支柱设计内力调调整系数框架柱、角柱和框框支柱设计内力调调整框架柱、角柱柱和框支柱设计内内力调整一般剪力墙结构设设计内力调整系数数带转换层结构剪力力墙设计内力调整整系数框架梁、连梁设计计剪力调整系数框支柱设计轴力调调整工程例工程例∶E169，22层，高度61.6m，底三层框支，上上部19层剪力墙墙，7度。。框支柱一级抗震震。框支柱轴力调调整系数1.5。考察第三层第15柱。第三层(转换层)平面第三层框支柱（柱号号15)标准内内力中的轴力-------------------------------------------------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（第15柱）设计轴力力(第28种组组合)计算∶∶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（第16柱）设计轴力力(第40种组组合)计算∶∶1.0*(-4657.4)+0.5*(-798.8)+0.28*(-247.9)-1.3*(-468.2)*1.5=-4213.21.5系数只对地震作用用产生的轴力进行行放大框支托梁设计内力力调整工程例框支托梁弯矩、、剪力调整工程例例（第三层））框支托梁地震剪力力调整a、薄弱楼层1.15调整b、框剪0.2Q0调整c、高规10.2.6转换构件件地震内力（弯矩矩、剪力）增大大1.8,1.5,1.25d、梁构件剪力力调整本例中，，第三层框框支托梁地震剪力的调整系数如下∶∶a、1.15；b、X向1.0，Y向1.0；c、1.5(一级抗震)；d、剪力调整1.3。。第31梁梁剪力标准准值∶（（右端剪剪力））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剪力设计值值、配箍箍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梁右端剪力设计计值计算式式∶（第28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薄弱层增大大托梁梁地震内力力增大梁梁剪力调整整系数第39梁标准内力力∶（右端端弯矩））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弯矩设计值值、配筋筋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，转换层结构构。底6层框支，设设防烈度7度，，二类场地土。。结构总高114.1m,满足B类高度（120m）。底部加强区，底下下8层，剪力力墙抗震等级特一级。第7墙板，第28工况，1--6层设计弯弯矩。第7墙板，第40工况，1--6层设计弯弯矩。位于底部加强部位位内的非落地剪力力墙的内力调整，，取非加强部位剪剪力墙调整系数进进行放大。在底部加强部位内内，墙体不连续，，上层墙体找不到到底部墙体弯矩设设计值，取非加加强部位剪力墙调调整系数进行放大大。四、转换结构的二二次分析4.1高精度平面有限元元分析FEQFEQ主要针对框支剪力力墙结构中框支榀榀的二次分析，当当次梁承托剪力墙墙时，不能用FEQ分析。所以应注意意以下几点：（1）只能分析主梁承托托的框支榀；（2）在截取计算榀时，，最好全轴线截取取，以减少与整体体分析时的误差；；（3）在截取层数时，只只能截取框支层上上部不超过4层。。因为在整体分析析时，框支托梁的的竖向刚度要远小小于落地墙的轴向向刚度，竖向荷载载按刚度分配后，，使托梁承担的荷荷载远小于托梁上上部的总荷载，所所以取转换梁上部部3-4层，计算算得到的托梁的内内力才有参考价值值；（4）转换层结构的整体体分析，应选用墙墙元、壳元模型（（SATWE），