高位转换的部分框支剪力墙结构转换梁受力分析★

岳洪滔 陈 斌

(湖南工业大学，湖南 株洲 412007)

·结构·抗震·

高位转换的部分框支剪力墙结构转换梁受力分析★

岳洪滔 陈 斌

(湖南工业大学，湖南 株洲 412007)

以一高位转换的框支剪力墙结构为实例，用Satwe和Midas Gen两种有限元软件对转换梁的内力和变形进行了分析比较，得出了两者的内力值有较大差别，而位移值则差别不大的结论。

转换层，转换梁，部分框支剪力墙，有限元

带转换层的底层大空间剪力墙结构于20世纪80年代中开始采用，近几十年来底部带转换层的大空间剪力墙结构迅速发展，在地震区许多工程的转换层位置已较高。但转换层位置较高时，转换层下部的落地剪力墙及框支结构易于开裂和屈服，转换层上部几层墙体易于破坏。本文通过一工程实例，用Satwe和Midas Gen两种软件分析了转换梁的受力和变形。

1 工程概况

该工程为框支剪力墙结构，地下1层，地下室埋深4.0 m。地上30层(含裙楼6层)，地面以上高度为98.2 m。设梁式转换层，位于主体的第6层，属于高位转换。建筑抗震设防类别为丙类，设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，设计地震加速度0.05g，Ⅱ类场地。根据文献[1][2]，确定主体框架抗震等级为二级，抗震墙三级，框支柱、框支梁和底部加强区剪力墙均为一级。

选取的转换梁(框支梁)截面是1 000 mm×2 000 mm，跨度是7.2 m，总长度14.4 m，由于转换层以上都是剪力墙结构的住宅，因此转换梁共托起25层高的剪力墙。转换梁下设框支柱3根，并且其中一根框支柱与电梯井相连，框支柱截面大小为1 200 mm×1 200 mm，转换梁与框支柱的混凝土强度均为C50。

2 结构建模

在Satwe有限元软件中，将结构定义为部分框支剪力墙结构，恒活荷载的加载方式选择模拟施工加载3，风荷载考虑顺风向风振影响，地震信息中结构为不规则结构，考虑偶然偏心以及双向地震的影响。整体结构模型见图1。

Midas Gen建模时，为便于计算与分析，这里选取了一个住宅户型的转换结构进行分析，整体结构模型采用混合有限元法。首先，用Midas Gen的快速建模菜单建地面以上5层的框架结构部分，建模时不考虑地下室的部分，直接在地面上嵌固；然后将第6层楼面定义为转换层，由于研究表明转换梁是一种偏心受拉构件，转换梁和上部一层剪力墙共同受力，因此需分析它们共同工作时的受力特征和变形值。在有限元网格划分时，将梁、柱、墙单元网格尺寸控制在1.0 m以内，分析表明支承转换梁的框支柱对转换梁的应力分布和内力大小影响很大，为提高应力和内力的计算精度，将框支柱的网格尺寸定义为0.5 m。转换结构的模型如图2所示。

3 转换梁内力分析

Satwe的特殊构件定义时，指定第6层结构平面上托起上部25层剪力墙的梁为转换梁，并将梁的抗震等级定义为一级。从标准构件内力简图中，查得转换梁的正弯矩最大为8 468.5 kN·m，负弯矩绝对值最大值为-3 928.8 kN·m，剪力最大值为5 956.3 kN。

按文献[2]中的5.4.1式在Midas Gen中进行荷载组合，为考虑到有限元分析的准确性，将楼面恒载、梁的自重和活荷载等均转换为等效重力荷载，得到的梁弯矩图如图3所示，剪力图如图4所示。从图3中可看出转换梁最大正弯矩为8 121.8 kN·m，负弯矩绝对值最大值为-32 457.8 kN·m。图4中转换梁剪力最大值为6 741.3 kN。

根据上面的结果，可以得出Satwe有限元软件得出的转换梁弯矩值偏大，而剪力值却比Midas Gen偏小。

4 结构位移分析

在高层建筑结构中应限制结构层间位移，主要目的有两点：

1)保证主结构基本处于弹性受力状态，对钢筋混凝土结构来讲，要避免混凝土墙或柱出现裂缝；同时，将混凝土梁等楼面构件的裂缝数量、宽度和高度限制在规范允许范围之内。2)保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好，避免产生明显损伤。控制层间变形的参数有三种：即层间位移和层高之比(层间位移角)；有害层间位移角；区格广义层间变形。在本文中，作者主要通过层间位移角来控制层间变形。图5是Satwe后处理图形文件中得出的在X向地震作用下的最大楼层位移为28.7 mm。图6是Midas Gen中X向地震作用下的位移变形图，最大楼层位移为46.3 mm。因此，在相同条件下，Midas Gen计算出来的楼层位移值比Satwe偏大。

5 结语

本文分析的在第6层转换的部分框支剪力墙结构属于复杂高层，按照文献[1]要求应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体分析，而本文通过Satwe和Midas Gen对其进行分析的结果是：

1)Satwe得出的转换梁的弯矩值比Midas Gen偏大，而剪力值却偏小。2)水平地震作用下的楼层位移值，Satwe得出的值要比Midas Gen小。在实际工程中，应当以两种软件得出的最不利的结果进行设计，这样会偏于安全。

[1] JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2] GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].

[3] 朱炳寅.建筑结构设计问答及分析[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2013.

[4] 包世华,方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京：清华大学出版社，1990.

[5] 孙建文.高层建筑结构概念设计初探[J].山西建筑，2013，39(2)：48-49.

Analysis of high conversion of part of the frame supported shear wall structure transfer girder★

YUE Hong-tao CHEN Bin

(Hunan University of Technology， Zhuzhou 412007, China)

In this paper, a high conversion of frame shear wall structure as an example, using Satwe and Midas Gen two kinds of finite element software to analyze the internal force and deformation of the transfer beam, it is concluded that both the internal force values have bigger difference, while the displacement value.

conversion layer， transfer beam， partial frame supported shear wall， finite element

1009-6825(2014)36-0020-02

2014-10-20 ★：湖南工业大学自然科学研究项目(项目编号：2013HZX09；2012HZX20)

岳洪滔(1979- )，男，硕士，讲师; 陈 斌(1982- )，男，博士，讲师

TU398.2

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