转换层结构设计总结

厦门市三个中心”结构设计一、工程概况厦门市三个中心位于厦门市镇海路，总建筑面积为45188.1m2,分A、B两栋楼。主体高度99.66m，地下1层，地上31层。两幢高层地下室连成一体，地上部分设抗震缝脱开，缝净宽400mm,满足抗震缝最小缝宽要求。地下部分未设永久性施工缝，由于地下室较长，超过温度伸缩缝最大间距要求，考虑在适当位置设置一条施工后浇带。|本工程是以商住为主，集商业、办公、居住为一体的综合性建筑，地下室为机房设备和停车场，一~三层为商场，四层为办公楼。五层为转换层，五层为以上均为住宅。建筑抗震设防类别为丙类,建筑结构安全等级为二级，厦门地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.15g，设计地震分组：第一组；场地类别II类；特征周期Tg=0.35s。二、结构选型及设计本工程地下一层为车库，地上1〜4层为商场，4〜5层为转换层，5层以上为住宅。由于底下商场与上部住宅在开间，轴线位置上均不同，所以要求在5层顶设置结构转换层来实现从框筒到剪力墙体系的结构形式的转换及剪力墙轴线位置的转换。由于本工程结构转换层在5层顶，标高已达22.00m，为高位转换，属竖向不规则结构。另外由于本工程基地条件的限制，为满足上部住宅的要求，住宅南侧要在下部框支结构上挑出1.8m，如加上阳台挑出尺寸将大于3.5m，为此住宅南侧墙体的转换梁均搁在悬挑的转换大梁上，使转换大梁的受力更加复杂。本工程的超限情况，我们在结构设计中注意以下问题并采取了如下的措施以确保本工程达到规范规定的抗震设防目标。1.结构利用外围柱子及两侧布置短肢剪力墙和筒体作为主抗侧力构件，在外围柱子两侧布置短肢剪力墙的目的有两个：一是增加剪力墙承担的地震剪力的比例，二是提高整体抗扭的能力。2.严格控制框支柱轴压比W0.6。3.落地墙加厚，转换层上部与下部结构的等效刚度比小于等于1.3，并尽量接近1.0。4.框支柱另加在核心区配筋形成芯柱，芯柱配筋率与砼柱的面积比取0.8%~1.0%，以提高框支柱的延性。5.由于转换层的位置在五层，，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》1025“底部带转换层的高层建筑结构的抗震等级应符合本规程第4.8节的规定。对部分框支剪力墙结构，当转换层的位置设置在3层及3层以上时，其框支剪力柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级尚宜按本规程表4.8.2和表4.8.3的规定提高一级采用，”框支柱抗震等级为特一级，抗震墙抗震等级：底部加强部位为一级；非底部加强部位为二级。|6・《高层建筑混凝土结构技术规程》10.2.4规定“底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值”。99.66x1/8=12.45mV框支层以上两层的高度25.04，所以取底部加强部位取框支层以上两层。7.由于转换层地震内力乘以1.5倍增大系数，适当加在转换层上、下各一层抗侧力构件的配筋。8.目前带转换层的高层建筑中，常用的结构型式是梁式转换，它的计算、分析比较简单，故成为结构工程师考虑转换层问题时的首选，但本工程中不仅需要实现结构体系的转换，而且要实现轴线位置的转移，特别是上部住宅的南侧还要在框支层中挑出，所以不可避免会出现转换梁搁转换梁的二级转换现象，为抵抗第二级转换梁带来的较大扭矩，我们采用了箱型转换，以上下箱板来抵抗二转换梁带来的扭矩。转换梁上下板之间的空间可以充分利用，用来作为设备房。9.为了提高结构的抗震性能，适当提高配筋率：落地墙最小配筋率$0.4%,框支柱最小配筋率$1.6%,框支柱体积配箍率$1.6%,落地剪力墙约束边缘构件的配箍特征值取0.24以上。10.对转换大梁，除做电算整体计算外，在施工设计时,尚应把上部全部墙体作用作为荷载作用于梁上进行局部复核,并请建筑科学研究院抗震所用ANSYS对本工程进行了有限元法做局部分析。同时对转换大梁采用在重力荷载下不考虑上部墙体共同作用的手算复核。11.转换梁的剪力均控制在°」5卩丿/化;之内，不设弯起筋，所有剪力由混凝土及箍筋承担，箍‘RE筋最小面积含箍率取1.3/f，转换梁的最小配筋率取0.6%以上。12・转换梁的yv挠度控制在16°°之内，以减少上部墙体因大梁变形而引起的附加应力。13・转换梁上尽量不开洞，箱型梁需开洞时，洞边应离支座1m以上，洞口四周应适当加强。14.转换梁上部一层剪力墙上开洞应尽量在转换梁剪力较小处，如不能做到，则该处转换大梁及上部剪力墙该处洞口的连梁应适当加强，洞口外侧短墙肢配筋适当加强。15・转换层板取200mm厚，转换层上下各一层板也应适当加厚。16.框支柱底层下端及转换层上部的弯矩乘以1.8增大系数，各层柱剪力应乘以1.2增大系数，地震作用产生的柱轴力应乘以1.8增大系数。17.基本风压：本工程的主体高度99.66m大于60m，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》3.2.2“基本风压应按照现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB5°°°9的规定采用。对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，其基本风压按1°°年重现期的风压值采用。”故基本风压取0.95kN/m2。18.关于转换层的建模根据《多层及高层结构CAD软件高级应用》，转换大梁占有一层高度的，分析模型与构件的配筋模型难以统一，必须采用不用的计算模型的两次分析来解决问题。|(1)梁所占有的一层仍按一层输入，大梁按剪力墙定义。此时可以正确分析整体结构及构件内力，除大梁（用剪力墙输入）的配筋不能用以下，其余构件的配筋均能参考采用。（2）不把大梁作为一层输入，即两层合并为一层。大梁按当定义,—层高为两之和。这种计算模型仅用于考察、计算大托梁受力、配筋，其余构件及结构整体分析的结果可以不用参考。层高的增加使柱的计算长度增加，此时程序自动考虑柱上端的刚域，变使结构分析准确。也可以用FEQ进一步作转换大梁的二次分析。根据根据中华人民共和国建设部令（第111号）《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》第5条规定：在抗震设防区内进行超限高层建筑工程的建设时，建设单位应当在初步设计阶段向工程所在地的省、自治区、直辖市人民政府建设行政主管部门提出专项审查报告。根据以上要求，本工程在初步设计阶段组织了进行抗震审查专家组提出了以下改进意见：1.由于嵌岩基础，本设计一层地下室，其设计埋深可满足要求。2.地下室底板与岩石浇在一起，要考虑混凝土徐变收缩与岩石不一致而带来的混凝土开裂问题，并采取有效的防裂措施。3.地下室可不设缝，两幢塔楼在±0.00以上再设缝。4.由于属二次转换（含±0.00处），应进行含地下室与不含地下室两次计算，取内力最大值进行框架梁柱的配筋，土0.00托墙梁需按转换梁进行设计。5.许多短肢“一”字形墙宜按柱考虑防止平面外失稳。6・±0.00处板厚已达200，可取消小次梁。7.转换层以上两，墙与板的配筋应适当加强。8.除了现有计算模型外，应再计算另一种模型，即转换层计算高度取到箱体中部（梁高的一半，加上本层的层净高），转换层的上一层计算层高按实际层高取值。9.|要验算悬挑部分的局部承压，带翼缘墙的墙中柱与墙端柱输入时应把柱与墙分开，以确保柱计算配筋的准确性。|10・连梁刚度折减到0.55，折减过多，要考虑因连梁过早出现塑性铰以及墙拱的作用减弱带来的不利影响。11.整体结构还可适当优化，包括墙长、墙厚、混凝土等级与梁系等。12.应进行最不利方向地震作用的计算。三、计算结果分析根据超限审查要求，结构采用2个符合结构力学模型的程序进行计算，本次设计采用SATWE及TAT进行计算，考虑耦连，振型取18个，现以A楼为例取9个振型比较，比较结果见表一:。从以上两种程序计算结果对比中可看出，两种计算结果均满足规范要求，且计算结果基本吻合，说明程序计算是可信的本工程结构设计基本符合规范要求。根据抗震规范第5.1.2条要求，本工程又采用时程分析法进行了多遇地震下的补充计算，本次计算采用了三条波作为弹性时程分析，本次时程分析的三条地震波由中国建筑科学研究院厦门分院根据本场地情况提供，其计算结构见表二、四。从时程分析结果中可以看出，最大楼层反应力在转换层的位置突变，故对转换层以及上、下一层做适当加强。

表一：A楼电算结果比较\计算程序计算内容\SATWETAT自振周期周期X向侧振Y向侧振扭转成分周期平动比例转动比例T12.05900.020.980.001.94041.00T21.92090.970.020.011.77230.980.02T31.44770.030.000.971.23330.030.97T40.58970.910.080.010.54580.980.02T50.56020.070.910.010.52281.000.00T60.44450.040.010.960.39960.050.95T70.33620.970.020.010.30710.990.01T80.29310.010.970.010.27151.000.00T90.25410.220.010.770.22720.460.54扭转周期与平动周期之比駢」447%0590二0・703<0・851=1'233^,9404二°636<°85有效质量系数X向：94.44%Y向：93.80%X向：94.19%Y向：93.61%地震作用最大的方向34.447（度）75.675（度）X向地震作用下层间最大位移角及位移比1/15081.131/14511.13X向双向地震作用下层间最大位移角及位移比1/15001/14471.131.13X向-5%偶然地震作用下层间最大位移角及位移比1/16351.091/14721.08X向+5%偶然地震作用下层间最大位移角及位移比1/13991.211/12941.22

Y向地震作用下层间取大位移角及位移比1/14321/16411.081.04Y向双向地震作用下层间最大位移角及位移比1/14071/16101.071.04Y向-5%偶然地震作用下层间最大位移角及位移比1/13061/14331.231.24Y向+5%偶然地震作用下层间最大位移角及位移比1/14711.141/16221.26X向风荷载作用下的楼层最大位移1/16101.141/16961.13Y向风荷载作用下的楼层最大位移1/13191.051/14471.04基底剪重比Q/'G二2.79%>2.4%ox' eQ!G=2.74%>2.4%oy' eQ/G二2.87%>2.4%ox eQ/G二2.77%>2.4%oy' e转换层上下侧移刚度比X向：K/K=0.7964X106X20.09/(0.2上393X107X22.20)=0.3012X向：K.K上'下=0.1400X107/0.2498X107=0.6861Y向：K/K=0.7211X106X20.09/(0.3536X107X22.20)=0.1846Y向：K/K上.下=0.1290X107/0.3414X107=0.378框支柱最大轴压比0.440.46表二：A楼时程分析结果比较计算程序计算内容X向Y向X向地震作用下层间最大位移角结构底部剪力时程分析底部剪力/反应谱底部剪力X向地震作用下层间最大位移角结构底部剪力时程分析底部剪力/反应谱底部剪力振型分解反应谱法(SATWE)1/15089906.91/14329730.3弹性时程分析法USER11/102412971.61.311/113515358.11.58USER21/138110717.81.081/106512072.91.24USER41/104213907.61.401/89113069.21.34平均值1/114912532.31.271/103113500.11.39四、基础设计本工程采用天然地基，基础混凝土强度等级础为C35,垫层为C15。基础置于③层中风化花岗岩层，地基承力特征值3000KPa。基础埋深为6.4M,小于1/15,所以根据高规第12.1.7“基础应有一定的埋置深度。在确定埋置深度时，应考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。埋置深度可从室外地坪算至基础底面，并宜符合下列要求：1天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15；2桩基础，可取房屋高度的1/18(桩长不计入在内)。当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足地基承载力、稳定性要求及本规程第12.1.6条规定的前提下，基础埋深可不受本条第1、2两款限制。当地基可能产生滑移时，应采取有效的抗滑移措施。”的要求对建筑物进行了稳定性验算：

N=812898kN抗倾覆弯矩M=1016468kN•MNM8128981016468+ =+A_W