4、转换层结构设计

按大梁定义
按墙定义
柱竖向刚域
模型一
模型二
1.2.5。桁架转换结构的计算模型
桁架转换结构可由SATWE、TAT、PMSAP输入计算，其分析的关键是 桁架上、下层弦杆的轴力，所以在分析时一定要在上下弦杆层定义弹性 楼板，计算出上、下弦杆的轴力。 当斜腹杆的连接比较简单，如只与上下层节点相连，则用SATWE、 TAT计算没有问题。 如果联结复杂，用SATWE、TAT计算时就需要简化。复杂连接的转换 结构可以用SPASCAD建模，PMSAP计算。 桁架转换多见于高层钢结构，其中中心支撑虽然刚度贡献大，但会引起 结构局部的内力突变，所以，大量采用偏心支撑和耗能梁，以提高结构 的延性。
WNL6.OUT中输出的内力含：双向地震组合。
WWNL6.OUT中输出的内力含：最小剪力系数的放大、 薄弱层放大、30%的地震内力调整。
最大控制剪力由第30号组合产生，剪力值达：2877kN

剪力的组合计算： 分项系数 Ncm V-D V-L X-W Y-W X-E Y-E Z-E R-F 30 1.20 0.60 0.00 0.28 0.00 1.30 0.00 0.00 标准剪力的组合，注意特1级剪力调整系数3.024 [(-235.7)*1.2+(-20.2)*0.6+(-69.8)*0.28+(-490.0)*1.3]*3.024 = -951.5*3.024 = 2877.3kN
框支柱地震作用下的内力调整，高规10.2.7条规定： 1）框支柱数目不多于10根时:当框支层为1—2层时各层每根柱所受的剪 力应至少取基底剪力的2%； 2）当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪 力的3%。； 3）框支柱数目多于10根时，当框支层为1—2层时每层框支柱所承受剪力 之和应取基底剪力20%； 4）当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱所承受剪力之和应取基底剪 力30%。 框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩。 高规4.9.2、10.2.12条规定规定，框支柱在特一级、一、二级抗震时，地 震作用产生的轴力分别乘以增大系数1.8、1.5、1.2。但在计算轴压比时 不考虑该增大系数。
分析要点 转换梁的准确分析，取决于与上部剪力墙的变形协调。
转换层上部剪力 墙需加强的区域
托梁 墙梁的变形 协调节点 框支柱
剪力集中点，造成 剪力突变。在框支 柱边和洞口边的梁 截面上
厚板转换层结构：应用很少，抗震不利 变形特点 厚板上部的结构变形，通过厚板的面外变形，传到下部结构中。由 于上下部结构完全对应不上，厚板的面外变形传力方式特别复杂。 受力特点 厚板自重大，地震效应大，抗震很不利。厚板受到较大的剪切，需 要验算厚板的冲切。 分析要点 由厚板上部结构的轴线，加上厚板下部结构的轴线，在厚板层产生 较多的房间，此时房间四周可以用虚梁输入，定义真实的板厚，在 分析时考虑“弹性板6”。对于较大的房间，还应再划分成几个小房 间，以协助厚板的单元划分。厚板计算的准确性，取决于厚板单元 的类型和单元划分的合理性。
梁柱的变形协调
梁柱位移协调点，也是柱 轴力、梁剪力的平衡点
梁抬柱点
梁抬柱点
上层柱内力小
上层柱内力小
再向上层则柱 内力变大
再向上层则柱 内力变大
梁抬柱的柱轴力随刚度减弱而减少
立面观察
框支剪力墙结构的计算模型
高规10.2.10条，转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在 转换层主结构上。当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托 转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加 强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜采 用框支主、次梁方案。框支剪力墙结构宜采用墙元（壳元）模型，如 SATWE、PMSAP等。
注意“壳元最大边长”这个参数应取得尽量小。这是为了转换梁与上 部剪力墙协调点多些，变形协调更合理。
转换梁应该考虑轴向变形的影响，所以要考虑弹性楼板，转换梁才能 计算出轴力。
转换层弹性楼板的定义
为了与上部剪力 墙协调，托梁被 划分成4小段， 协调节点5个
厚板转换结构的计算模型
“高规”10.2.1条，非抗震设计和6度抗震设计可采用；7、8度抗震设计的 地下室转换构件可采用厚板。厚板转换层结构，目前没有很好的分析方 法，应尽量避免。 由厚板上部结构的轴线，加上厚板下部结构的轴线，在厚板层产生较多 的房间，此时房间四周可以用虚梁输入，定义真实的板厚，在分析时考 虑“弹性板6”。厚板计算的准确性，取决于厚板单元的类型（采用块体 单元、中厚板单元等）和单元划分的合理性。 采用SATWE时要注意：对于较大的房间，还应再划分成几个小房间，以 协助厚板的单元划分。 采用PMSAP时，由于其有楼板单元的划分功能，分析时选择楼板单元划 分即可。 厚板的冲切验算必须考虑。
红色为下部结构的轴线
黄色为上部结构 的轴线
超大梁转换结构 ：
变形特点 转换梁占据整个一层的高度，并且有上下两层楼板作为侧向支撑。 转换梁与框支墙在交接面上变形协调。 受力特点 转换梁受力复杂，其轴向力不可忽略，应按偏心受力构件设计配筋。 但是两层的侧向楼板对大梁有较强的约束，所以大梁的轴向变形较 小。这是有利因数。 分析要点 转换梁的准确分析，取决于与剪力墙和楼板的变形协调。。
从以上组合分项系数和调整系数，可以看出弹性标准剪力到设计剪力 的巨大差异。
转换梁的内力调整
框支托梁的设计内力是怎样调整的？ 框支托梁从标准内力到设计内力需经过： 地震内力的放大： （1）薄弱层1.15的调整（转换层应强制为薄弱层）； （2）双向地震组合的内力放大（一般转换层结构选择较多）； （3）地震内力无条件放大，对特1级、1级、2级，放大系数分 别为：1.8、1.5、1.25 设计内力的放大： 框支托梁的设计剪力调整系数与普通梁一样。对特1级、1级、2 级、3级，放大系数分别为：1.56、1.3、1.2、1.1
（4）设计内力的放大：
各层框支柱均采用相同的设计剪力放大系数： 特1级、1级、2级、3级的设计剪力放大系数分别为： 3.024、 2.1、 1.5 、1.265 特1级、1级、2级、3级的设计弯矩调整系数则与普通柱一样调整
转换托梁
第7号框支柱
托梁上部的剪力墙
第7号框支 柱
第188号托 梁
组合设计内力的调整 梁设计剪力调整 转换梁设计剪力调整 柱设计内力调整 框支柱设计剪力调整 剪力墙设计内力调整
框支柱的剪力调整
框支柱从标准剪力到设计剪力是怎样调整的？
框支柱从标准内力到设计内力需经过： 地震内力的放大： （1）薄弱层1.15的调整（转换层应强制为薄弱层）； （2）统计层剪力，求出需进行2%、3%、20%、30%调整 的放大系数； （3）双向地震组合的内力放大（一般转换层结构选择较 多）； 注意：程序是先做“双向地震组合（3）”后做“楼层剪力调 整（2）”，两者次序不同，结果是不同的。
1.2。转换结构的类型 梁托柱转换。这种转换可以采用经典的杆系有限元分析，不 需要进行专门的模型简化。
属于标准杆系有限元分 析模型，不需要简化。 注意：要定义转换梁。
框支剪力墙结构：应用最广的形式。
变形特点 转换梁与框支墙在交接面上变形协调。 受力特点 转换梁受力复杂，其轴向力不可忽略按偏心受力构件设计配筋。
复杂结构设计的规范规定 与软件实现
1。转换层结构设计
1.1。转换结构的特点和类型
1.2。转换结构的计算模型
1.3。转换结构的内力调整和设计控制
1.4。转换结构
特点 竖向力的传递不连续。 在转换层上下一、二层范围内，水平力有突变。 转换层上下容易产生刚度突变。 转换层落地和不落地竖向构件变竖向形差较大，造成转换层上部结 构在恒载作用下弯矩、剪力突变，容易超限。 变形复杂、传力不明确，尤其在复杂的转换层结构中，如：厚板转 换层、超大梁转换层、箱形大梁转换等等。 转换层刚度、质量集中，造成地震效应突然增大。 转换层跨度大，需要考虑竖向地震作用。设计从严。 转换层分析不能采用简化方式，如转换梁的轴向变形不能忽略，不 能采用刚性楼板假定。 转换层构件容易产生剪力突变，有时这种剪力集中现象需要采用二 次补充计算才能发现。
厚板转换层的实际工程
一层平面
定义虚梁
二层厚板转换层平面
标准层平面——4个塔
厚板的单元划分
厚板自重太大造成转换层地震作用的突变
超大梁转换结构的计算模型
一般这种超大梁占有一层的高度，分析模型与构件的配筋模型难以统一， 所以采用两次分析用不同的计算模型来解决问题。
模型一：梁所占有的一层仍按一层输入，大梁按剪力墙定义，此时可以 正确分析整体结构及构件内力，除大梁（用剪力墙输入）的配筋不能用 以外，其余构件的配筋均能参考采用。 模型二：把转换层作为一层输入，即两层合并为一层，大梁则按梁定义， 层高为两层之和，这种计算模型仅用于考察、计算大托梁受力、配筋， 其余构件及结构整体分析的结果可以不用参考。层高的增加使柱的计算 长度增加，此时程序自动考虑柱上端的刚域，亦使结构分析准确。也可 以用FEQ进行二次分析。
注意：梁的设计剪力调整系数只乘在水平力项，与竖向荷载无关。 从以上组合分项系数和调整系数，可以看出弹性标准剪力到设计剪 力的巨大差异。
188号托梁抗 剪超限
WNL6.OUT中输出的内力含：双向地震组合。
WWNL6.OUT中输出的内力含：最小剪力系数的放大、 薄弱层放大。
最大控制剪力由第30号组合产生，J端剪力值达：11726kN

剪力的组合计算： 分项系数 Ncm V-D V-L X-W Y-W X-E Y-E Z-E R-F 30 1.20 0.60 0.00 0.28 0.00 1.30 0.00 0.00 标准剪力的组合，注意特1级剪力调整系数1.56 (-2433.1)*1.2+(-302.5)*0.6+ 竖向内力 [(-509.5)*0.28+(-2301.7*1.8)*1.3]*1.56 水平内力 = -3101.22+(-5528.64)*1.56 = 11725.9kN