1、轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的主次梁應(yīng)力分析第11期2007年11月廣東土木與建筑GUANGD0NGARCHITECTURECIVILENGINEERINGNo.11N0V2oo7轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的主次梁應(yīng)力分析成林星1韓小雷2（1,東莞市常平建筑設(shè)計(jì)院廣東東莞523560;2，華南理工大學(xué)廣州510640）摘要:在主次粱轉(zhuǎn)換工程中，必須對轉(zhuǎn)換主，次梁進(jìn)行應(yīng)力分析并按應(yīng)力校核配筋, 文中著重分析水平及豎向荷栽作用下轉(zhuǎn)換主次梁相應(yīng)的應(yīng)力分布規(guī)律，為轉(zhuǎn)換梁工程設(shè)計(jì)提供類似結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換 粱受力概念及計(jì)算分析方法.關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)換層;轉(zhuǎn)換梁:有F-,L分析1引言在高層建筑主次梁轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中.框支主梁需承受剪力墻，轉(zhuǎn)換次梁及其上的剪力墻荷

2、載,其傳力途徑多次轉(zhuǎn)換.受力復(fù)雜.框支主梁除承受其上部剪力墻的作用外.還需承受次梁傳來的剪力，扭矩和彎矩.故較易發(fā)生受剪破壞2=.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，轉(zhuǎn)換層上部的豎向抗側(cè)力構(gòu)件（墻，柱）宜直接落在轉(zhuǎn)換層的主結(jié)構(gòu)上，當(dāng)結(jié)構(gòu)豎向布置復(fù)雜框支主梁承托剪力墻，轉(zhuǎn)換次梁及其上剪 力墻時.應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力分析和應(yīng)力校核進(jìn)行配筋.并加強(qiáng)配筋構(gòu)造措施1=在實(shí)際工程中常會遇到轉(zhuǎn)換層上部剪力墻平面布置復(fù)雜的情況高層建筑結(jié)構(gòu)梁式轉(zhuǎn)換層的主要受力構(gòu)件是轉(zhuǎn) 換大梁.作為支承上部剪力 墻的基礎(chǔ).如何保證其具有 足夠的承載力.就要了解轉(zhuǎn) 換梁的受力形式及影響其 受力的各方面因素其中 主要的影響因素如下:上 部結(jié)構(gòu)的結(jié)

3、構(gòu)形式:上部 結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)換梁的相對剛度：轉(zhuǎn)換梁與其下部支承結(jié) 構(gòu)（柱或墻）的相對剛度等.實(shí)際上轉(zhuǎn)換梁的受力特性與上部墻柱構(gòu)件參與 共同工作的比例相關(guān):部 分墻體支承在框支柱上的 轉(zhuǎn)換梁:它與上部墻體共同 工作.墻體的一部分荷載直14接傳遞給柱,剪力墻的受力性能發(fā)生較大的改變.在 轉(zhuǎn)換梁上部靠近支座處的墻體內(nèi)有較大的剪應(yīng)力： 部分墻體位于框支柱凈跨中的轉(zhuǎn)換梁:其受力相 當(dāng)于梁跨中間段承受一定長度的均布荷載.但在轉(zhuǎn) 換梁的受荷載梁段由于存在著剪力墻的共同作用也 相當(dāng)于普通梁中間有一段剛性梁段.由于上部墻體 的作用.相應(yīng)墻下轉(zhuǎn)換梁就有一段范圍出現(xiàn)受拉區(qū). 這是墻轉(zhuǎn)換梁作為一個整體共同彎曲變形.墻體約

4、束了梁的變形.使轉(zhuǎn)換梁所受的彎矩明顯減小2工程實(shí)例概況某高層商住樓工程,各樓層使用功能劃分如下：3層地下室為車庫和設(shè)備用房:地上l3層為商場，表1各樓層標(biāo)高及層高 圖1住宅標(biāo)準(zhǔn)層平面圖2007年11月第ll期成林星等:轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的主次梁應(yīng)力分析N0V2Oo7No.1l 會所.4層為轉(zhuǎn)換層.53l層為住宅.各樓層標(biāo)高及 層高設(shè)計(jì)參數(shù)見表1.住宅標(biāo)準(zhǔn)層（53l層）平面如 圖l所示.本工程結(jié)構(gòu)選型如下:上部住宅53l層采用剪力墻體系結(jié)構(gòu);3層以下商場，會所采用框架一混 凝土核心筒結(jié)構(gòu).其中電梯間采用混凝土核心筒形 式為底部豎向構(gòu)件加強(qiáng)區(qū).以保證結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范規(guī) 定的轉(zhuǎn)換層上下層的剛度比:4層為本工程的關(guān)

5、鍵 結(jié)構(gòu)層.為承接上下不同的結(jié)構(gòu)體系.及滿足不同位 置豎向構(gòu)件之間的傳力需要.該層采用梁式轉(zhuǎn)換層. 根據(jù)上部剪力墻的平面分布情況.在剪力墻下布置 轉(zhuǎn)換梁.形成主,次梁轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，轉(zhuǎn)換主粱最 大截面為bh=14x2500.典型截面為bh=900 x2500;典型轉(zhuǎn)換次梁截面為bh=6x2200和800 x2200:轉(zhuǎn) 換層板厚取200mm.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面如圖2所示.I,:J.一 lLJ:l甄囹口 L甄一I粥斛一 1I 11 一圖2轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面圖3主次梁轉(zhuǎn)換的傳力概念及有限元分析3.1分析要點(diǎn)主次梁轉(zhuǎn)換的傳力概念由于本工程轉(zhuǎn)換層上部剪力墻軸線與轉(zhuǎn)換層下 部框支柱軸線呈45.根據(jù)上部剪力墻下布

6、置轉(zhuǎn)換梁 的原則.因此將出現(xiàn)轉(zhuǎn)換次梁與轉(zhuǎn)換主梁斜交角呈 45的情況.這種多次轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)布置使轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu) 受力處于復(fù)雜的空間工作狀態(tài).傳力途徑復(fù)雜，轉(zhuǎn)換 次梁的設(shè)置使主梁受到附加集中力和彎矩作用.轉(zhuǎn)換次梁由于兩端支承在轉(zhuǎn)換主梁上.約束條 件較弱.按鉸接條件對轉(zhuǎn)換次梁進(jìn)行應(yīng)力和內(nèi)力計(jì) 算.則能得到可靠的計(jì)算結(jié)果，但由于次梁支座與主 梁相連接.主次梁轉(zhuǎn)換梁截面較大，都有較大剛度， 因此主次轉(zhuǎn)換梁之間連接節(jié)點(diǎn)在實(shí)際T程中能滿足 剛性節(jié)點(diǎn)的條件.它們之間不僅能傳遞軸力，剪力， 也能傳遞彎矩作用.且其相應(yīng)的力的方向也是三維 空間受力.因此也要考慮次梁端支座負(fù)彎矩對主梁 的作用為相應(yīng)的扭矩作用，使主梁受彎，

7、剪,扭不利 組合.框支單元有限元分析按高層規(guī)程的規(guī)定.框支主粱承托剪力墻并承 托轉(zhuǎn)換次梁及其上剪力墻時應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力分析.因此 有必要采用高精度平面有限元法分析主次轉(zhuǎn)換梁的 應(yīng)力.截取計(jì)算框支單元的要點(diǎn)如下:框支單元最 好全軸線截取，以減少與整體分析時的誤差;在截 取層數(shù)時一般取框支層上部3層:轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)整體 分析應(yīng)選用墻元，殼元模型(SATWE)這樣傳遞荷載 將更為準(zhǔn)確3_3.2轉(zhuǎn)換梁與其上部剪力墻的應(yīng)力分布轉(zhuǎn)換主梁及以上剪力墻單元選用SATWE各工況荷載進(jìn)行框支單元計(jì)算.S 這些荷載已經(jīng)過結(jié)構(gòu)的剛度協(xié)調(diào).并考慮了平面外梁 傳給計(jì)算棉柱墻梁的荷載.選用主，次梁計(jì)算單元分 別如圖3所示圖3框支單元

8、計(jì)算構(gòu)件選取平面圖選取主梁單元LO 一 1(轉(zhuǎn)換主梁及以上4層剪力 墻)進(jìn)行高精度平面有限元應(yīng)力分析.分別獲得框支 單元在最大水平力和結(jié)構(gòu)白重作用下.以及最大豎向 荷載作用下的水平，垂直應(yīng)力和剪應(yīng)力分布圖(略). 根據(jù)上述應(yīng)力線分布.可知轉(zhuǎn)換梁的零應(yīng)力 線分布在梁高度的中問部位.跨中零應(yīng)力線以下部 分為拉應(yīng)力線.零應(yīng)力線以上部為壓應(yīng)力線,零應(yīng)力 線相當(dāng)于梁受彎的中和軸.轉(zhuǎn)換梁中和軸未出現(xiàn)上 移現(xiàn)象:轉(zhuǎn)換梁最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在上部沒有墻體的 梁端:轉(zhuǎn)換梁并未呈現(xiàn)常見的框支剪力墻結(jié)構(gòu)中的 明顯拱效應(yīng):這是因?yàn)檗D(zhuǎn)換梁上未滿布剪力墻，轉(zhuǎn)換 梁受力形式與普通梁類似152007年11月第ll期廣東土木與建筑N

9、0V20o7No.11轉(zhuǎn)換次梁及以上剪力墻單元當(dāng)次梁承托剪力墻時，不能直接采用FEQ分析， 但可通過模擬框支主梁進(jìn)行應(yīng)力分析:在轉(zhuǎn)換次梁 兩端增加截面相當(dāng)小的框架柱.這樣轉(zhuǎn)換次梁就簡 化為框支主梁:可以采用FEQ對框支次梁承托剪力 墻進(jìn)行二次分析.選取框支次梁單元LQ 一 2（轉(zhuǎn)換次梁及以上4層 剪力墻）進(jìn)行高精度平面有限元應(yīng)力分析.由于轉(zhuǎn)換 次梁不能直接采用FEQ計(jì)算,故在轉(zhuǎn)換次梁LQ 一 2兩 端增加小截面柱.將其簡化為框支主梁.先進(jìn)行整 體結(jié)構(gòu)計(jì)算.其結(jié)果與未增加柱時相差微小;再對框 支梁進(jìn)行二次分析.由于各工況荷載考慮了平面外 梁傳給計(jì)算棉柱墻梁的荷載，因此附加框支柱應(yīng)力 不存在.相應(yīng)

10、荷載由轉(zhuǎn)換主梁承擔(dān)，本模型分析的主 要目的是掌握框支次梁應(yīng)力分布規(guī)律.經(jīng)計(jì)算，分 別獲得框支單元在最大水平力和結(jié)構(gòu)自重作用下. 以及最大豎向荷載作用下的水平，垂直應(yīng)力和剪應(yīng) 力分布圖（略）.根據(jù)上述應(yīng)力線分布，可知轉(zhuǎn)換次梁的零應(yīng) 力線分布在梁高度的中間部位.零應(yīng)力線以下部分 為拉應(yīng)力線.零應(yīng)力線以上部為壓應(yīng)力線，零應(yīng)力線 相當(dāng)于梁受彎的中和軸:轉(zhuǎn)換梁最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在 墻體邊緣和梁的支座端:轉(zhuǎn)換次梁的應(yīng)力線分布體 現(xiàn)與普通次梁兩端簡支受力類似 4結(jié)語4.1當(dāng)結(jié)構(gòu)豎向布置復(fù)雜.轉(zhuǎn)換主梁承托剪力墻并 承托轉(zhuǎn)換次梁及其上剪力墻時，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力分析，按 應(yīng)力校核配筋，并加強(qiáng)配筋構(gòu)造措施.4.2轉(zhuǎn)換梁的受力

11、特性與上部墻柱構(gòu)件參與共同 工作的比例相關(guān).影響轉(zhuǎn)換層受力性能主要因素有 轉(zhuǎn)換梁剛度,上部結(jié)構(gòu)類型，轉(zhuǎn)換梁與其下部支承結(jié) 構(gòu)（柱或墻）的相對剛度等.4.3轉(zhuǎn)換主梁應(yīng)力分析結(jié)果表明.未滿布剪力墻的 轉(zhuǎn)換梁的受力形式與普通梁類似，轉(zhuǎn)換梁并未呈現(xiàn) 常見的框支剪力墻結(jié)構(gòu)的明顯拱效應(yīng).其最大剪應(yīng) 力出現(xiàn)在上部沒有墻體的梁端,設(shè)計(jì)時應(yīng)予以重視.4.4轉(zhuǎn)換次梁應(yīng)力分析結(jié)果表明.轉(zhuǎn)換梁最大剪應(yīng) 力出現(xiàn)在墻體邊緣和梁的支座端:，其應(yīng)力線分布與 普通次梁兩端簡支受力類似.轉(zhuǎn)換次梁與轉(zhuǎn)換主梁 交接處應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)構(gòu)造.參考文獻(xiàn)1JGJ3-2003J1862002高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程S沈蒲生.高層建筑結(jié)構(gòu)疑難釋義M

12、.北京:中國建筑工業(yè)出版社.2003f3中國建筑科學(xué)研究院PKPMoCAD工程部.多層及高層 建筑結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE 用戶手冊及技術(shù)條件M.2005(4)4中國建筑科學(xué)研究院PKPMoCAD工程部.高精度平面 有限元框支剪力墻計(jì)算及配筋軟件FEQ用戶手冊及技 術(shù)條件M.2005(4)唐興榮.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施HM.北京:中 國建筑工業(yè)出版社,2002(10)jjjjjj Wjjjjjjjjjjjjjjjjj 屯 jjjjjjjjjjjjjj(上接第24頁)參考文獻(xiàn)1龔曉南，高有潮.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊M.北京： 中國建筑工業(yè)出版社.1998肖伍權(quán),冷伍明.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法Jl 巖石力學(xué),2007(6)蘇傳國.大型橢圓