斜梁转换对框架抗震的影响分析

刘芦

摘 要：斜梁转换层是一种楼层转换形式，是一种全新的技术，我国在对该项技术研究与使用方面仍然没有较多的资料。我们主要利用建模软件对其进行建模分析。斜梁转化几乎对自振周期没有影响，楼梯的最大位移形式也不会因为斜梁转换形式而发生改变。本文主要针对斜梁转换框架抗震结构进行分析。

关键词：斜梁；框架；抗震影响

一、模型的建立

1.模型基本信息

本文构建的框架模型主要是立面进行，这可实现其他因素对斜梁转化的有效减少。简单规则的对称是建立模型的基本要求。我们主要利用SAP2000软件对实现对模型的有效建立。薄壳单元是楼板的主要组成部分，混凝土采用型号为C30，120mm是适宜厚度。结构单元是梁柱的主要形式，梁柱所采用混凝土强度为C40。该模型共有9层框架结构，都是由混凝土构成，高度一共为4m。上大下小是楼层平面尺寸的显著特征，同时注意轴网一共为6m。

2.转化层位置模型建立

首先对模型进行分组对比，第一种为普通箱转化模式，没有斜梁，第二种为斜梁转换模式，注意是在同一位置。第一种模式是将底部楼层作为转换层，将第二层设置为选取转换层，需要采用梁托柱的形式而不进行斜梁转换。第二种模型将第二层设置为转换层，采用斜梁转换的形式，斜梁尺寸与框架梁尺寸相同，

二、计算结果分析

1.自振周期对比分析

根据上述数据我们发现转换层并不能实现对框架结构前三个振型类别的改变，平动以及平动扭转是前三个类型的显著特征，两个模模型的周期基本呈现出一致的现象，也就是说框架的周期不会因为斜梁的转换形式而发生改变，斜梁转换对周期只有很小的影响，周期根据模型的变化呈现出逐渐变小的趋势。转换层位置会实现对周期大小的有效改变，层数越高周期减少也会随之发生越多的现象。

2.层间位移对比

（1）水平地震作用层间位移

模型1层间位移呈现出大于模型2的状态，这种趋势会随着层数的升高而呈现出逐渐上升的趋势，顶层差值最大可达到6%。斜梁转换层会在地震作用力的转化下发生位移。

从位移走势来看，两个模型的对大位移处均为第三层，3层以下，位移随层高增加，三层以上，层间位移随层高而减少。模型1的楼层位移要略大于模型二与X地震作用下的规律相同，最大层间位移仍然出现在转换层处，可看出斜梁转换未为改变框架的基本性质，对于位移的控制没有改变。

x方向地震作用下三个模型的楼层最大层间位移仍然出现在第3层，转换层的位移没有改变最大位移出现处。但是中间和上部楼层出现转换层时楼层最大层间。

位移减少，且中下部楼层层间位移跟着减小，中下部分的楼层层间位移趋势编的平缓。y方向地震作用下这种变化更为显著，转换层位于中间楼层的情况中下楼层变缓的趋势最为明显，转换层在上部楼层时，层间位移减小的浮动值增加。

3.地震作用下转换梁内力对比

选取的梁均为边跨梁，模型1选取转换层（2层顶）梁托柱，即的挑出梁和3层转换柱，模型2选取转换层斜梁。未使用斜梁转换的模型1，转换处挑出梁和梁托柱弯矩、剪力均较大。对比可以发现模型2转换斜梁的弯矩、剪力相对于模型1的梁柱大大减少，而轴力增加。这个受力的改变使转换梁上部相当一部能分垂直荷载改变传力方向，类似于拱传力作用。可以看出转换斜梁的受力性质更趨向于小偏心受压的柱子，可以很好的减少转换处的剪力弯矩。

三、需要注意的几个因素

1.转换次数：布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能多地布置成上下主体竖向结构连续贯通，尤其是在核心筒框架结构中，核心筒宜尽量上下贯通，尽量减少转换的次数。

2.传力要求：布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能使水平转换结构传力直接，尽量避免多级复杂转换，更应尽量避免传力复杂、对抗震不利、质量大、耗材多、不经济、不合理的厚板转换。上部剪力墙应落在托梁的中面上，避免剪力墙托梁的受力偏心，以免使托梁受到大的扭矩，地震时容易产生震害。

3.轴压比限值与短柱：采用转换层后，高层建筑底部的若干柱子要承受上部结构荷重。因柱距受建筑功能的制约，柱截面又要满足轴压比和上下层剪切刚度比的要求，因而柱子大多为对抗震不利的短柱。由于大幅度增加层高不太可能，也不经济，为避免短柱的出现只有减小柱截面，然而减小柱截面有时可能很难满足轴压比限值。因此，在设计中必须进行重点研究。

4.高位转换框支柱的处理：由于框支柱内力、轴压比、配筋等要求都严于普通框架柱，这就涉及到安全与经济的问题，必须慎重考虑。一般框支柱只需在4～5层范围内予以考虑，最多不大于7层，而在其他层的柱应全按框架柱处理。对于目前大部分转换层设在3～5层的结构，则转换层下的柱应全按框支柱处理。

5.优化配置：在抗震设计中，当因为建筑功能需要高位转换时，转换结构宜优先选择不致于引起框支柱柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆析架、空腹析架和宽扁梁等，同时要注意满足强度、刚度要求，避免脆性破坏。

6.厚板转换层。许多商住楼的上层结构轴线不一致，转换粱无法布置，往往设置厚板转换层，其厚度可达2～2.5m。而在地震作用下，由于厚板集中了很大的刚度和质量，地震反应强烈，不仅板本身受力很大，而且由于沿竖向刚度突然变化，相邻的上下层也受到很大的作用力，容易产生震害。此外，在竖向力和地震力的共同作用下，板可能发生冲切破坏和剪切破坏，板内必须三向配筋。从已有的工程来看，带厚板转换层的结构设计与施工比较复杂，材料用量和造价都较高，在抗震设计上问题较多，采用时必须慎重。

四、结论

1.斜梁式转换结构存在对于简单对称框架自振周期影响较小，且不改变振型类别对。

2.转换斜梁沿Y方向的转换层形式并没有改变框架楼层层间最大位移出现处，转换楼层处于中间楼层时，结构中下部楼层层间位移走势变缓。这些变化在Y方向地震作用（即与转换斜梁方向相同的地震作用）时更为明显。

3.转换斜梁受力形式类似于小偏心受压柱，可以有效减少由于楼层平面尺寸不同的转换形式导致的梁托柱的弯矩剪力较大的现象。

五、结语

综上所述，在设计复杂的高层建筑结构时，不论是从使用功能还是从安全、经济等方面考虑，合理地选择转换层的设置位置和形式都是非常重要的。在对结构进行整体分析时，应注意转换层的设置位置、转换层结构变形及转换层上下层剪切刚度比对结构的影响。应选择受力明确、传力直接的转换层结构形式，并在此基础上考虑工程的综合造价问题。

参考文献：

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[3]王跃翔.基于转换层对框架-剪力墙结构抗震性能的影响分析[J].商品与质量·建筑与发展，2013（12）.