摘要：本文主要借助高位转换结构的设计实例，对高层建筑高位转换设计中的一些问题进行了充分的分析，并在此基础上对如何更加合理、安全的设计高层建筑高位转换结构进行了探讨，主要包括三个方：结构布置、结构性能化设计、结构计算分析，其中结构计算分析又包括三个方面：多遇地震、设防地震、罕遇地震。对于多遇地震的高位转换结构主要从结构总质量、结构动力特性、复核计算结果、弹性时程补充分析等方面进行了介绍；对于设防地震主要从弹性位移比验算、楼层抗剪承载力比较等方面进行了分析；对于罕遇地震主要从弹塑性位移角验算、构件薄弱部位以及塑性发展情况分析等方面进行了详细的探讨。通过以上几个方面的分析、介绍和探讨，能够为以后相关方面的研究工作提供一些参考。
关键词：高位转换；转换层；高层建筑
近些年来，大城市中土地资源紧缺的现象比较突出，这导致土地资源的价格越来越高。在这种情况下，开发商为了保证经济效益，往往将建筑的下面几层作为商场，而将较高的作为住宅出售。而在进行商场的整体结构设计时，有两个方面必须进行充分的考虑：一是商场必须具有大开间功能；二是商场必须要具有比较大的跨度。为了充分满足这两个方面的要求，就需要科学合理的应用带转换层的部分框支剪力墙结构，在本文中主要就相关方面的问题进行了充分的分析和探讨。
1.工程概况
该工程位于我国西南地区，设防烈度为8度0.2g第三组，该建筑是30层的高层住宅，高度为96.1米，部分框肢剪力墙结构采用混凝土材料，建筑第三层为转换层，这种高位转换结构属于B级高度。对于部分框肢剪力墙结构来说，B级高度并不能使用传统设计的步骤和设计方法，因此下面就高位转换结构在B级高度下的设计步骤和方法进行探讨。
2.结构布置
首先，应该使所有的核心筒剪力墙落地，并使其厚度进一步加大，从而使结构底部的刚度能够进一步增大，同时还应该尽量规整对称的布置底部柱网，确保柱跨的科学性和合理性，还要注意核心筒剪力墙与转换柱之间的距离要适当。另外，在布置柱网的过程中要对上部剪力墙的影响进行充分的考虑，最好能够在柱内落下上部剪力墙；其次，要采用梁式转换结构的转换层，合理的布置框支梁，尽量使上部剪力墙落在框肢主梁上，这就使常说的一级转换，二级、三级以及三级以上的转换次梁上最好不要落有剪力墙，特别是三级及以上的转换次梁应该杜绝发生这种情况；再次，要简单、规则的布置转换层以上的剪力墙，通常情况下要尽可能的使用普通剪力墙，一字墙和短肢剪力墙等结构应该尽量避免；最后，转换层上下刚度不能差距过大要尽量接近，只有这样才能够确保其平滑的进行过渡[1]。
3.结构性能化设计
在整个工程建筑中最为薄弱的环节就是结构设计中的转换层，它非常容易受到破坏。因此，要想使整个建筑的安全性得到有效的加强，就要对转换层的设计进行强化，避免转换层被轻易的破坏。在这种情况下应该以重要构件的相关标准来规范转换层结构构件的设计，从而使其抗震性能得到有效的提高。在设计过程中应该以“强剪弱弯”的概念为依据，并按照多遇地震下弹性、罕遇地震下允许进入塑性以及设防地震下抗剪性、抗弯不屈服来设计框支层剪力墙、转换梁以及转换柱的承载力。就位移角限值来说，多遇地震下为1/1000，罕遇地震下为1/120，而设防地震下的转换层为1/500，其它层均为1/333。
4.结构计算分析
4.1多遇地震
4.1.1结构总质量
在本文的研究中采用SATWE软件对研究对象的总质量进行计算，计算结果显示该高层建筑的总质量为51237.564吨。之后用另一软件MIDAS进行计算，结果是51358.169吨。两个软件所计算出来的结果基本上一致[2]。
4.1.2结构动力特性
在计算过程中都有24个振型数，计算得出的有效质量系数分为X向和Y向，SATWE软件的计算结果依次为94.34%、93.65%，MIDAS软件的计算结果依次为93.75%、92.53%，相关标准要求不能低于90%，两软件的计算结果均符合相关要求。并且两个力学模型计算得出了很接近的前6振型的周期，根据相关规定第一扭转周期与第一平动周期之比要在0.85以下，SATWE和MIDAS两个软件计算得出的第一扭动周期与第一平动周期之比分别是0.7768和0.7746，均符合想相关的标准要求。SATWE和MIDAS振型图，如图一、图二所示。
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图一SATWE振型图 图二 MIDAS振型图
4.1.3复核计算结果
依靠两个软件对相关方面计算结束后，还要进一步复核相关的计算结果，主要包括两个力学模型的楼层刚度比、位移、楼层最小剪力、地震剪力以及位移比等，对于相关的规定和要求，两个力学模型的计算结果都要充分的满足，并且两个力学模型所得出的结果不应差距过大，应该基本上保持一致，这样才能够使建筑工程结构的安全性和可靠性得到有效的保证[3]。
4.1.4弹性时程补充分析
在本文的研究中采用USA04611天然波、Usa00297天然波、USA00095天然波、Usa00294 天然波、RH3TG040 人工波以及RH1TG040 人工波作为地震波进行多遇地震下结构的弹性时程分析。并采用SATWE软件进行地震波谱与规范波谱的对比分析，计算得出的结果显示，在T1、T2、T3位置，与规范波谱相比各个地震波谱的平均值差值分别是9%、6%、4%，符合低于20%的规定和要求。这表明在统计意义上振型分解反应普法所采用的地震影响系数曲线与多组时程曲线的平均地震影响系数曲线相符，也就是说对于相关的规范要求所选波能够完全满足。通过分析比较振型分解反应谱与时程分析，对于规范单条波以及多条波的要求，各条地震波底部地震剪力能够充分满足，并且对于规范限值1/1000的要求，各层层间位移角也都能够满足。根据相关的标准和要求，在设计的过程中要取振型分解反应谱法的较大值和七组时程曲线计算结果的平均值。
综上所述，对多遇地震的分析首先要使两个力学模型的一致性得到充分的保障，并在此基础上按照相关的标准和要求完成了弹性时程的补充分析以及弹性阶段的分析设计。
4.2设防地震
4.2.1弹性位移比验算
对结构在设防地震下楼层最大弹性位移角的计算采用SATWE软件，得出的X、Y向结果分别是1/366和1/359，而X、Y向转换层的最大位移角分别是1/1982和1/1989，对于性能目标的相关要求和规定都能够满足[4]。
4.2.2楼层抗剪承载力比较
通过分析比较地震楼层剪力与抗剪承载力，其X、Y向最大的比值分别为0.612和0.713，这两组数据说明结构具有较高的抗剪承载力。但是该建筑第24层的楼层和楼层底部的地震剪力和抗剪承载力的比值较大，因此应该适当的加强其抗剪强度。
综上所述，设防地震一方面对于性能设计的相关要求要充分满足，另一方面还要适当加强地震剪力较大的楼层，从而使结构的可靠性和安全性得到充分的保证[5]。
4.3罕遇地震
4.3.1弹塑性位移角验算
在本文的研究中在分析弹塑性静力的过程中采用动力分析软件和EPDA软件。由于地震剪力大部分由核心筒承担，因此核心筒的剪力性能会对结构整体的抗震性能产生直接的影响。如果全部采用小震来计算核心筒剪力墙的配筋，大震结构弹塑性层间位移角的X、Y向使用EPDA软件进行计算可以得到其结果为1/140和1/182，对于相关方面的标准和规范都能够充分的满足。
4.3.2构件薄弱部位以及塑性发展情况分析
通过分析剪力墙裂缝以及转换梁柱塑性铰的发展情况，可以发现首先出现塑性铰的是结构上层的梁，而转换梁和转换柱都没有出现这种情况，塑性铰出现在上层部分的连梁上，而出现裂缝现象的主要是剪力墙，发生屈服情况的主要是上部部分和底部。结构的薄弱部位和薄弱构件：在分析其弹塑性的过程中如果按照小震计算并进行配筋，则部分底部剪力墙会出现屈服现象，并且剪力墙会出现裂缝，在这种情况下应该进行相应的加强处理；如果根据中震的计算结果来调整框架柱、转换梁以及底部剪力墙，就能够大幅提高底部剪力墙的抗震性能，从而使设计要求得到充分的满足。
综上所述，通过分析大震下的弹塑性，能够对结构大震下的抗震性能和弹塑性变形进行有效的验算，从而将结构的薄弱部位找出来，并根据实际情况采取针对性的措施，对其进行调整或者加强，通过有效的控制结构在大震作用下的破坏模式，从而使结构的性能和规范要求得以实现。
5.结束语
总而言之，对于比较繁琐复杂的B级高度高位转换结构来说，应该严格按照其受力特点进行相应的设计。对于具有不同性能目标的各种构件来说，在对其结构进行设计的过程中应该对各个方面的因素进行综合考量，从而使既定的设计目标能够全部完成，进而使结构的耐久性和安全性能够得到有效的提升。
参考文献：
[1]覃龙寿.某高位转换超高层结构设计分析[J].低碳世界，2015（8）：179-180.
[2]林潇.高层转换结构嘉润·中华园结构设计[J].建筑设计管理，2015（1）：83-84.
[3]马强，韩建强，罗沁.转换层设置高度对超高层框架-核心筒结构力学性能的影响[J].建筑结构，2016（12）：18-21.
[4]黎智鸿[1].框架核心筒结构在建筑结构设计中的应用[J].江西建材，2015（18）：24-24.
[5]赵敬敏，郭智杰.高位转换部分框支剪力墙结构设计分析[J].中国高新技术企业，2015（20）：118-119.
论文作者:陈剑
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/6
标签：结构论文; 塑性论文; 剪力墙论文; 位移论文; 剪力论文; 高位论文; 楼层论文; 《基层建设》2019年第27期论文;