张波
湖南省建筑设计院有限公司
摘要：大跨抬柱转换构件及节点的设计，具有集中力大的特点，设计过程中如何确保结构安全，为重中之重，本设计采用两种软件计算，并对节点用ABAQUS有限元精细分析，确保了设计合理，工程安全。
一、工程概况
本工程（见图1）位于株洲市天元区栗雨工业园内，场地北靠“栗雨湖”项目小区规划道路，南临株洲大道行车辅道，东依“栗雨湖”项目，西邻珠江北路。场地内建筑物为1栋酒店、1栋公寓、1栋写字楼及1栋购物商场，设1整体地下室。其中酒店建筑面积73229.80m2，24层，主要层高4.5m，总高96.5m，框剪结构，因入口大堂及会议室布置（见图2），在6层处抬柱高位转换，抬18层67.5m高，主跨（开间）18.8m跨，进深8m。（见图3）
二、设计参数
结构安全等级二级，抗震设防类别标准设防类（丙类），地基基础设计等级甲级，设计使用年限50年，基本风压W。=0.35kN/㎡，地面粗糙度类别B类，风载体型系数1.40；酒店承载力设计时风荷载效应放大系数1.10。根据场地地震安全性评估报告，本工程抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度值0.05g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类场地。地震影响系数αmax=0.05，场地反应谱特征周期Tg=0.35s。其中主要构件，抬柱转换梁、柱按安全等级一级考虑，r0=1.1。
三、结构选型与布置
高96.5m，24层，标准层平面尺寸64.2Mx21.95M，主柱网9.4Mx8M，框剪结构，剪力墙底层截面300，主柱截面1300x1300，主梁截面350x1200，转换梁截面1500x2900，转换柱截面1400x1700，大堂中间抽一排柱，开间方向跨度18.8m，1～2层通高，大堂正上方3～5层为会议及健身，第六层抬柱转换，因集中力巨大，所抬柱的轴力达到22302.1KN，抬柱转换梁采用型钢砼转换梁，转换柱为型钢砼转换柱，型钢上延一层。
四、结构计算与分析
1.荷载：上部结构功能为酒店、会议，活载取2.0KN/m2，楼面附加恒载取2.0KN/m2，构件自重程序自动计算，外墙多孔砖容重小于等于14KN/m3，内墙加气砼砌块容重小于等于8KN/m3，地震荷载及风载程序自动组合。
2.承载力计算：本工程结构整体计算用多高层空间有限元软件satwe计算并配筋，对转换位置，进行3方面复核。
1）主要杆件控制，抽一榀出来，用平面框架PK进行自动倒荷，复核重力荷载、风荷载及地震荷载等几个主要工况，杆件内力取包络，确保在重力荷载、风荷载下的安全余量，平面计算够了，空间计算肯定没问题，抗弯承载力控制在最大弯矩0.8倍，抗剪承载力控制在剪力的0.7倍。
2）局部节点控制，对型钢砼转换梁，梁柱节点，用ABAQUS有限元精细分析，节点所施加的荷载为经过挑选的最不利组合，搞清节点各工况的应力状态，找出最大应力位置，节点应力水平控制在最高应力水平的0.8倍（<0.8fy）。（见图4，5）
3）柱脚平面外弯矩平衡，在抬柱处，垂直于转换梁布置大梁，平衡柱脚弯矩，尽量防止转换梁扭转。
3.正常使用极限状态验算：重力荷载、风载、地震荷载下的变形验算均按规范执行，重点验算抬柱转换梁的挠度，为起拱提供依据，确保跨中抬柱位置下沉不致过大。
五、关键构件及节点设计
转换梁跨中梁底弯矩最大32661.1KN.M，支座梁端弯矩14276KN.M，节点柱端弯矩8530KN.M，采用型钢转换梁，（见图6，7）梁截面1500x2900，型钢截面900x2500x40x40。转换梁设计中，主要采取以下措施：1）型钢混凝土结构构件采用的混凝土强度等级C60。转换梁层楼板用的混凝土强度等级C50。对混凝土最大骨料直径提出要求，小于型钢外侧混凝土保护层厚度的1/3，且不宜大于25mm，采用流动性强的高性能混凝土。2）型钢的保护层厚度300mm，满足规范不小于100mm的要求，且梁内型钢翼缘离两侧距离之和600mm，不小于梁宽1500mm的1/3=（500）。3）型钢转换梁中的型钢钢板厚度40mm，其钢板宽厚比应符合规范规定。4）型钢混凝土托柱转换梁与托柱截面中线重合，在托柱位置设置正交方向框架梁，且在托柱位置的型钢腹板两侧对称设置支承加劲肋。5）转换梁型钢翼缘设置栓钉，d19@200（L=100）全长布置，栓钉的设置符合规范规定，腹板加设栓钉，d19@400（L=100）全长布置，再在腹板栓钉上焊纵向腰筋d20，将拉筋内侧固定在纵向腰筋上，用来固定外侧箍筋。
六、结论建议
大跨转换构件及节点的设计，采用两种软件计算为宜，本工程对构件采用整体计算用多高层空间有限元软件satwe计算，并用传统的平面杆系软件复核，对节点用ABAQUS有限元精细分析，确保了设计合理，工程安全。
论文作者:张波
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第24期
论文发表时间:2019/7/31
标签：型钢论文; 荷载论文; 节点论文; 截面论文; 弯矩论文; 构件论文; 结构论文; 《建筑模拟》2019年第24期论文;