空腹桁架转换结构在高层建筑中的应用.docx

空腹桁架转换结构在高层建筑中的应用【摘要】本文采用PKPM软件对整体结构进行了小震弹性时程分析（EDA）采用Midas软件对整体结构进行了大震静力弹塑性时程分析（PUSH-OVER）；采用Midas软件对转换构件进行了有限元分析。参数计算结果表明整体结构空间工作性状良好能够满足底部大跨度和工程抗震要求。可供工程设计参考。【关键词】空腹桁架箱形梁转换层1空腹桁架转换结构的结构型式及适用条件1.1结构型式空腹桁架国外称维式桁架（Vierendeeltrussoropen-webtruss）由上弦杆、下弦杆及直腹杆组成受荷时以弯曲变形为主同时还具有桁架的受力特性。空腹桁架转换结构与桁架式转换结构优点相似具有受力合理的特点但桁架式转换结构具有斜撑杆而空腹桁架转换结构的杆件都是水平、垂直的。因此空腹桁架转换结构在室内空间利用上比桁架式转换结构、箱式转换结构优良。1.2使用条件空腹桁架转换结构通常用于：非抗震设防的多、高层建筑。六度、七度和八度抗震设防的多、高层建筑。九度抗震设计时因带转换层的高层建筑结构在竖向荷载、水平荷载作用下受力复杂且缺乏研究和工程实践经验故不宜采用。此外空腹桁架转换结构还适用于要求较大室内使用空间和较大跨度转换的多、高层建筑。在传统的高层部分框支剪力墙结构中水平转换构件采用托梁的形式最多。有的住宅建筑在上部剪力墙下有设备层时需要做成箱形梁形式转换层该层主要用作上部竖向给排水通风管道的水平转换及其它设施功能房间由于下部商业用房要求顶板下无水平的排污管道因为一旦爆裂将引起商业用房的灾难后果因此采用箱形梁是合理的。但是为了避免箱形实腹梁的刚度和重量过大同时也为了尽量避免框支柱顶先于框支梁产生柱铰根据多种资料记载在箱形梁腹中开适当的洞口使箱形实腹梁转化成直腹桁架形式转换构件其柱端的塑性铰就可先行转移至桁架的上、下弦杆端从而满足“强柱弱梁”对结构抗震有利。2.工程概况本项目位于上海市区由3座18层住宅楼和1座17层办公楼及3～6层商业裙房组成设3层整体地下室其中2号住宅楼地面以上1～3层为商场建筑平面宽40m长60m转换层位于第4层4层以上为住宅建筑平面呈T形长42m宽16m地上18层高59.4m。本工程采用部分框支剪力墙结构抗震设防烈度7度设计地震分组第一组场地类别IV类场地特征周期0.90s框支框架和落地剪力墙抗震等级为一级转换层以上一般剪力墙为三级。抗震设防分类为丙类建筑转换层及标准层和剖面简图见图1～3。图1上部剪力墙标准层平面图图2直腹桁架转换层平面图图3单榀桁架立面图3.计算分析结果由于竖向构件不连续平面和立面均为特别不规则且有扭转不规则此工程是高位转换的复杂高层建筑。因此采用SATWE和PMSAP两种软件分别计算并补充Midas软件对结构进行静力弹塑性时程分析和对转换桁架进行应力分析。3.1转换梁上、下弦加强措施指定转换层以下为薄弱层考虑双向地震和偶然偏心框支柱剪力采用0.3Q0调整。对一级抗震的水平转换构件地震作用内力乘以1.5的增大系数水平转换构件顶板和底板厚度180根据“高规”10.2.8条框支梁设计剪力应符合V≤（0.15fcbho）/rRE由于转换层为设备层考虑以后使用方便同时降低箱型梁的侧向刚度每根梁至少两个洞口每个房间都有洞口方便以后设备安装和检修由于洞口位置需尽量跨中避开支座部分上部剪力墙落在了洞口上面上、下弦（即开洞口处）多处剪力不满足该要求对此采取了以下应对措施：1、将转换构件砼强度提高至C60；2、洞口四角加腋；3、上、下弦内加型钢做成劲性梁；4、加强洞口上部剪力墙连梁及边上小墙肢配筋采用上述措施后满足弦杆的剪压比要求。3.2采用SATWE和PMSAP两种软件计算结果两个程序振动周期如下表扭转周期和有效质量系数满足要求：根据高规4.3.4条规定采用SATWE程序进行弹性时程分析补充计算对反应谱法（CQC法）结果进行校核。多遇地震作用下弹性时程分析加速度时程最大值为35gal。4.结论空腹桁架转换构件属于超静定结构有塑性内力重分布并且在水平荷载作用下变形分散。因此在一定程度上提高了耗能能力使得空腹桁架转换结构的抗震性能要优于梁式转换结构。在荷载作用下由上文可知空腹桁架具有受力均匀、传力明确、抗侧刚度较好、结构设计合理、抗震性能较好等优点这使得空腹桁架转换结构在实际工程中得到广泛应用。参考文献[1]徐培福傅学怡王翠坤肖从真.复杂高层建筑结构设计[M]中国建筑工业出版社2005.[2]张誉赵鸣方健等