摘要：通过对搭接柱进行有限元分析，进行结构选型，并提出了本工程的设计方法
关键词：搭接柱，结构选型，设计方法
Type Selection and Measures of Lapping Column about Main Building of South Tower，Changxing Construction Building
Kang Xinjiang
[Institute of Architecture Design and Planning Co.，Ltd，Nanjing University]
Abstract：By analyzing the finite element of lapping column to select structure type，and then proposes the design method of this project.
Keywords：Lapping Column，Structure Type Selection，Design Method
引言
当受到建筑造型及平面功能的影响时，框架-核心筒结构外围框架上下不连续，需要转换结构进行过渡时，在实际工程中采用的转换结构有转换梁、搭接柱、斜撑等型式。
对于搭接柱这种新型的转换结构，众多学术界、工程界人士进行了大量研究【1】【2】【3】【4】：
以往研究表明：搭接块转换结构刚度均匀，不会形成软弱层，具有优越的抗震性能；基于这种优越的结构性能及本工程处于低烈度地区的有利条件，搭接柱转换型式成为了本工程优先的结构选择；
1.搭接柱的结构选型
根据本工程实际状况，并经过建筑师的同意，本工程允许采用如下三种搭接柱转换形式：
图一 搭接柱做法
根据文献[2]的研究，考虑到本工程上部荷载较大，采用2层搭接块做法明显优于一层搭接块做法，故本工程仅对第2种及第3种做法建立局部结构有限元进行分析，根据研究表明：搭接块柱子传来的竖向荷载是控制搭接块及相邻构件的主要因素，本工程针对正常使用工况及罕遇地震下工况进行竖向加荷的分析，以为后期设计提供依据。
1.1搭接块的有限元分析
本工程采用SAP2000有限元程序对结构模型进行局部分析；局部结构模型如上图一所示：第七层结构梁采用1000x800，结构板为200厚，其余4、5、6、8层结构梁采用400x800，结构板为150厚。其中搭接块及相邻下层柱采用厚壳模型，梁及柱均采用beam杆模型，楼板采用薄壳模型。采用刚杆与壳单元节点及柱节点相连的方法进行模拟搭接块相邻下层柱与下一层柱的连接。结构的有限元模型如下图2所示：
方案一有限元模型 方案二有限元模型
图二 结构有限元模型
1.2搭接块方案有限元分析比较
1.2.1正常使用工况下两模型分析结果
方案一主梁轴向内力 方案二主梁轴向内力
图三 模型主梁轴向内力对比
图四 模型搭接柱正应力对比 图五 模型搭接柱剪应力对比
通过对正常使用状态下的有限元分析，方案二的受力较方案一更为均匀，应力突变更小
故方案二成为本工程的优先选择
1.2.2方案二在罕遇地震工况下的有限元分析结果
图九 方案二搭接柱正应力 图十 方案二搭接柱剪应力
1.2.3结构整体计算模型的相应处理
正常使用状态及罕遇地震下的有限元分析表明：搭接块左下角部分的应力较小，对整个结构的力流影响较小，搭接块左下角部分的砼明显冗余；同时一般计算软件后处理均按全截面计算考虑刚度和受剪承载力，不符合该种转换结构的实际特点，为了准确模拟实际工程，本工程的搭接柱计算模型消除掉结构冗余部分，按下图执行：
2.本工程的结构对策
根据有限元的分析结果及文献1~4提供的设计建议，本工程拟采取以下措施。
2.1楼盖的设计
7层楼盖为整个搭接块设计中的关键部位，结构梁为偏拉构件，梁及楼板均受到较大的拉应力，为避免正常使用阶段楼板出现裂缝，及在罕遇地震时，本层楼板可以正常工作，本工程拟采取措施为：在正常状态下，楼板处于受压状态，同时保证罕遇地震下楼板钢筋处于弹性状态，裂缝不大于0.3mm，为满足此要求，本层楼板及梁均考虑施加预应力，考虑结构梁承受75%的整层楼盖拉力，并对楼板拟施加3mpa的预压应力，板厚拟取200~220；双层双向配筋，单层配筋率不小于0.6%；
7层楼盖结构布置如下图所示：8层楼盖由于整体空间协同工作的影响，也产生了部分拉力，考虑到此拉力较小，不予施加预应力，但控制正常使用状态下裂缝宽度不超过0.1mm；板厚拟取150，双层双向配筋，单层配筋率不小于0.25%
4、5、6楼盖在整个受力过程中始终属于受压状态，板厚拟取150~180之间，双层双向配筋，单层配筋率不小于0.3%
2.2搭接块的设计
搭接块竖向及水平钢筋按照抗剪要求配置，不考虑砼抗剪作用，按罕遇地震弹性结果组合配筋竖向钢筋配置满足下式：
式中：V1为罕遇地震组合搭接块竖向剪力设计值，V1为上部柱轴力；
水平钢筋配置满足下式：
式中：V2为罕遇地震组合搭接块竖向剪力设计值，V2为7层楼盖水平拉力；
3核心筒的设计
由于建筑平面在楼层内遇电梯间、楼梯间导致楼板不连续，增强核心筒的刚度，能够有效约束楼板及结构梁，拟在核心筒7层位置设置一道1000x850的腰梁约束楼板，同时墙体-1~6层的配筋拟按中震弹性设计（水平抗剪）的结果进行配筋设计。
4.搭接块相邻上下层框架柱的设计
拟按中震弹性设计的结果进行配筋设计。
参考文献：
[1] 傅学怡；雷康儿；杨想兵；陈朝晖；顾磊；贾建英；福建兴业银行大厦搭接柱转换结构研究应用；建筑结构??2003（12）?pp.8-12
[2] 徐培福；傅学怡；耿娜娜；王翠坤；肖从真；搭接柱转换结构的试验研究与设计要点；建筑结构??2003（12）?pp.3-7
[3] 吕西林；张翠强；李检保；卢文胜；搭接柱转换大底盘多塔楼结构抗震性能分析；建筑结构学报??2011（06）?pp.14-21
[4] 全学友；孔志坚；邓凡；陈文钦；上部边框柱外移时搭接柱转换结构的试验研究；建筑结构??2006（02）?pp.30-33
论文作者:康信江
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/22
标签：结构论文; 楼板论文; 模型论文; 工程论文; 楼盖论文; 有限元论文; 应力论文; 《防护工程》2018年第32期论文;