時間：2012年09月28日 分類：推薦論文 次數：
隨著復雜高層的逐漸廣泛應用，結構形式越來越復雜，10版新規范針對此情況，提出了嵌固層與過渡層新概念，并進一步對結構中存在的加強層和轉換層的設計要求進行了細化和強化。本文就新規范對結構中存在的各種特殊層進行闡述并詳解PKPM軟件的對此的實現。
一、嵌固層
嵌固層是10新規范提出的概念，涉及剛度比、節點強梁弱柱驗算、底部加強區位置判斷等內容。SATWE在軟件的總信息中增加“嵌固端所在層號”參數。如果地下室頂板具有足夠的剛度和承載力，則可以作為上部結構的嵌固部位，那么“嵌固端所在層號”應為“地下室層數+1”。
1.剛度比驗算的要求
無地下室的結構，結構的首層即為嵌固層。對于非框架結構，高規3.5.2-2條規定：結構底部嵌固層，該比值不宜小于1.5。軟件在判斷嵌固層是否為薄弱層時執行1.5倍限值。
2.節點強梁弱柱驗算要求
為了達到框架柱嵌固端屈服時，或抗震墻墻肢的嵌固端屈服時，地下一層對應的框架柱或抗震墻墻肢不應屈服。保證當框架柱嵌固在地下室頂板時，位于地下室頂板梁柱節點應按首層柱的下端為“弱柱”設計，即地震時首層柱底屈服、出現塑性鉸。抗規6.1.14-3條提供兩種方法：
1)設計時，梁柱縱向鋼筋增加的比例也可不同，但柱的縱向鋼筋至少比地上結構柱下端的鋼筋增加10%，且地下一層柱上端和節點左右梁端實配的抗震受彎承載力之和應大于地上一層柱下端實配的抗震受彎承載力的1.3倍。
2)作為簡化，當梁按計算分配的彎矩接近柱的彎矩時，地下室頂板的柱上端、梁頂面和梁底面的縱向鋼筋均增加10%以上。
軟件采用第一種方法，程序自動搜索地上一層對應位置的柱配筋，取不小于其1.1倍縱筋面積作為地下一層柱縱筋面積。地下一層梁組合彎矩值乘以1.3倍的放大系數。
3.判斷結構底部加強區位置
抗規6.1.10-3條規定：當結構計算嵌固端位于地下一層的底板或以下時，底部加強部位尚宜向下延伸到計算嵌固端。延性抗震墻要控制在其底部即計算嵌固端以上一定高度范圍內屈服、出現塑性鉸。因此，軟件在確定剪力墻底部加強部位的起算層號時，默認是從嵌固端下一層起算，即比規范下延了一層。
二、過渡層
B級高度的高層建筑，考慮到其高度較高，為避免約束邊緣構件與構造邊緣構件交界處配筋急劇減少的不利情況，高規7.2.14-3條規定：B級高度高層建筑的剪力墻，宜在約束邊緣構件層與構造邊緣構件層之間設置1~2層過渡層，過渡層邊緣構件的箍筋配置要求可低于約束邊緣構件的要求，但應高于構造邊緣構件的要求。這是10高規新增的條文。
SATWE中，過渡層在多塔定義中分塔指定，過渡層邊緣構件的范圍仍按構造邊緣構件，過渡層剪力墻邊緣構件的箍筋配置按約束邊緣構件確定一個體積配箍率(配箍特征值λc)，又按構造邊緣構件為0.1，取其平均值。
三、加強層
帶加強層的高層建筑結構，加強層剛度和承載力較大，與其上、下相鄰樓層相比有突變，加強層相鄰樓層往往成為抗震薄弱層，與加強層水平伸臂結構相連接部位的核心筒剪力墻以及外圍框架柱受力大且集中。因此，為了提高加強層及其相鄰樓層與加強層水平伸臂結構相連接的核心筒墻體及外圍框架柱的抗震承載力和延性，高規10.3.3條規定：抗震設計時，帶加強層高層建筑結構應符合下列要求：
1.加強層及其相鄰層的框架柱、核心筒剪力墻的抗震等級應提高一級采用，一級應提高至特一級，已經為特一級時應允許不再提高;
2.加強層及其相鄰層的框架柱、箍筋應全柱段加密配置，軸壓比限值應按其他樓層框架柱的數值減小0.05采用;
3.加強層及其相鄰層核心筒剪力墻應設置約束邊緣構件。
用戶在調整信息中如果指定加強層的層號，那么軟件在計算時會對加強層及相鄰層柱、墻抗震等級自動提高一級、軸壓比限值減小0.05并設置約束邊緣構件。
四、轉換層
結構上的轉換層概念，主要是指在整個建筑結構體系中，合理解決豎向結構的突變性轉化和平面的連續性變化的結構單元體系。它在主要滿足結構安全功能要求的同時，多數情況下解決一些特殊技術性建筑功能要求。比如在結構轉換層空間內布置管道、設備等等。
由于轉換層位置的增高，結構傳力路徑復雜、內力變化較大。高規10.2.2條規定：帶轉換層的高層建筑結構，其剪力墻底部加強部位的高度應從地下室頂板算起，宜取至轉換層以上兩層不宜小于房屋高度的1/10。相比于02規程，將墻肢總高度的1/8改為房屋總高度的1/10。
新規范將02規范“框支梁”改為更廣義的轉換梁。轉換梁包括部分框支剪力墻結構中的框支梁以及上面托柱的框架梁，是帶轉換層結構中應用最為廣泛的轉換構件。轉換梁應按梁建模、按墻分析、按梁設計。轉換梁受力復雜，高規10.2.7提出了比一般框架梁更高的要求。
原規范的“框支柱”改為“轉換柱”。轉換柱包括部分框支剪力墻結構中的框支柱和筒體等結構中支承托柱轉換梁柱。隨著地震作用的增大，落地剪力墻逐漸開裂、剛度降低，轉換柱承受的地震作用逐漸增大，所以高規10.2.10條規定轉換柱不僅在內力上調整，在構造配筋上要比普通框架柱高。
為保證轉換構件的設計安全度并具有良好的抗震性能。高規10.2.4條規定：特一、一、二級轉換構件的水平地震作用計算內力應分別乘以增大系數1.9，1.6，1.3;轉換構件應按本規程第4.3.2條的規定考慮豎向地震作用。軟件在內力組合時對地震內力進行放大。
轉換層部位受力復雜，樓板受到較大的面內變形，一般應將轉換層的樓板設置為彈性樓板，如彈性膜或彈性板6。具體操作可在特殊構件補充定義菜單中將轉換層全層設置為彈性樓板，其他樓層是否設置彈性板由用戶按照實際情況決定。
此外，轉換層一般屬于豎向抗側力構件不連續，為薄弱層，在調整信息中要把轉換層指定為薄弱層，軟件計算時會對地震剪力放大1.25倍。
新規范對結構中的特殊層做了許多調整與加強，PKPM10版軟件也據此做了較大的改動，設計人員在熟悉新規范的同時也需將軟件的實現方式了解清楚，方能使結構設計滿足新規范的要求。
[參考文獻]
【1】建筑抗震設計規范，GB50011-2010
【2】高層建筑混凝土結構技術規程，JGJ3-2010
。
一、嵌固層
嵌固層是10新規范提出的概念，涉及剛度比、節點強梁弱柱驗算、底部加強區位置判斷等內容。SATWE在軟件的總信息中增加“嵌固端所在層號”參數。如果地下室頂板具有足夠的剛度和承載力，則可以作為上部結構的嵌固部位，那么“嵌固端所在層號”應為“地下室層數+1”。
1.剛度比驗算的要求
無地下室的結構，結構的首層即為嵌固層。對于非框架結構，高規3.5.2-2條規定：結構底部嵌固層，該比值不宜小于1.5。軟件在判斷嵌固層是否為薄弱層時執行1.5倍限值。
2.節點強梁弱柱驗算要求
為了達到框架柱嵌固端屈服時，或抗震墻墻肢的嵌固端屈服時，地下一層對應的框架柱或抗震墻墻肢不應屈服。保證當框架柱嵌固在地下室頂板時，位于地下室頂板梁柱節點應按首層柱的下端為“弱柱”設計，即地震時首層柱底屈服、出現塑性鉸。抗規6.1.14-3條提供兩種方法：
1)設計時，梁柱縱向鋼筋增加的比例也可不同，但柱的縱向鋼筋至少比地上結構柱下端的鋼筋增加10%，且地下一層柱上端和節點左右梁端實配的抗震受彎承載力之和應大于地上一層柱下端實配的抗震受彎承載力的1.3倍。
2)作為簡化，當梁按計算分配的彎矩接近柱的彎矩時，地下室頂板的柱上端、梁頂面和梁底面的縱向鋼筋均增加10%以上。
軟件采用第一種方法，程序自動搜索地上一層對應位置的柱配筋，取不小于其1.1倍縱筋面積作為地下一層柱縱筋面積。地下一層梁組合彎矩值乘以1.3倍的放大系數。
3.判斷結構底部加強區位置
抗規6.1.10-3條規定：當結構計算嵌固端位于地下一層的底板或以下時，底部加強部位尚宜向下延伸到計算嵌固端。延性抗震墻要控制在其底部即計算嵌固端以上一定高度范圍內屈服、出現塑性鉸。因此，軟件在確定剪力墻底部加強部位的起算層號時，默認是從嵌固端下一層起算，即比規范下延了一層。
二、過渡層
B級高度的高層建筑，考慮到其高度較高，為避免約束邊緣構件與構造邊緣構件交界處配筋急劇減少的不利情況，高規7.2.14-3條規定：B級高度高層建筑的剪力墻，宜在約束邊緣構件層與構造邊緣構件層之間設置1~2層過渡層，過渡層邊緣構件的箍筋配置要求可低于約束邊緣構件的要求，但應高于構造邊緣構件的要求。這是10高規新增的條文。
SATWE中，過渡層在多塔定義中分塔指定，過渡層邊緣構件的范圍仍按構造邊緣構件，過渡層剪力墻邊緣構件的箍筋配置按約束邊緣構件確定一個體積配箍率(配箍特征值λc)，又按構造邊緣構件為0.1，取其平均值。
三、加強層
帶加強層的高層建筑結構，加強層剛度和承載力較大，與其上、下相鄰樓層相比有突變，加強層相鄰樓層往往成為抗震薄弱層，與加強層水平伸臂結構相連接部位的核心筒剪力墻以及外圍框架柱受力大且集中。因此，為了提高加強層及其相鄰樓層與加強層水平伸臂結構相連接的核心筒墻體及外圍框架柱的抗震承載力和延性，高規10.3.3條規定：抗震設計時，帶加強層高層建筑結構應符合下列要求：
1.加強層及其相鄰層的框架柱、核心筒剪力墻的抗震等級應提高一級采用，一級應提高至特一級，已經為特一級時應允許不再提高;
2.加強層及其相鄰層的框架柱、箍筋應全柱段加密配置，軸壓比限值應按其他樓層框架柱的數值減小0.05采用;
3.加強層及其相鄰層核心筒剪力墻應設置約束邊緣構件。
用戶在調整信息中如果指定加強層的層號，那么軟件在計算時會對加強層及相鄰層柱、墻抗震等級自動提高一級、軸壓比限值減小0.05并設置約束邊緣構件。
四、轉換層
結構上的轉換層概念，主要是指在整個建筑結構體系中，合理解決豎向結構的突變性轉化和平面的連續性變化的結構單元體系。它在主要滿足結構安全功能要求的同時，多數情況下解決一些特殊技術性建筑功能要求。比如在結構轉換層空間內布置管道、設備等等。
由于轉換層位置的增高，結構傳力路徑復雜、內力變化較大。高規10.2.2條規定：帶轉換層的高層建筑結構，其剪力墻底部加強部位的高度應從地下室頂板算起，宜取至轉換層以上兩層不宜小于房屋高度的1/10。相比于02規程，將墻肢總高度的1/8改為房屋總高度的1/10。
新規范將02規范“框支梁”改為更廣義的轉換梁。轉換梁包括部分框支剪力墻結構中的框支梁以及上面托柱的框架梁，是帶轉換層結構中應用最為廣泛的轉換構件。轉換梁應按梁建模、按墻分析、按梁設計。轉換梁受力復雜，高規10.2.7提出了比一般框架梁更高的要求。
原規范的“框支柱”改為“轉換柱”。轉換柱包括部分框支剪力墻結構中的框支柱和筒體等結構中支承托柱轉換梁柱。隨著地震作用的增大，落地剪力墻逐漸開裂、剛度降低，轉換柱承受的地震作用逐漸增大，所以高規10.2.10條規定轉換柱不僅在內力上調整，在構造配筋上要比普通框架柱高。
為保證轉換構件的設計安全度并具有良好的抗震性能。高規10.2.4條規定：特一、一、二級轉換構件的水平地震作用計算內力應分別乘以增大系數1.9，1.6，1.3;轉換構件應按本規程第4.3.2條的規定考慮豎向地震作用。軟件在內力組合時對地震內力進行放大。
轉換層部位受力復雜，樓板受到較大的面內變形，一般應將轉換層的樓板設置為彈性樓板，如彈性膜或彈性板6。具體操作可在特殊構件補充定義菜單中將轉換層全層設置為彈性樓板，其他樓層是否設置彈性板由用戶按照實際情況決定。
此外，轉換層一般屬于豎向抗側力構件不連續，為薄弱層，在調整信息中要把轉換層指定為薄弱層，軟件計算時會對地震剪力放大1.25倍。
新規范對結構中的特殊層做了許多調整與加強，PKPM10版軟件也據此做了較大的改動，設計人員在熟悉新規范的同時也需將軟件的實現方式了解清楚，方能使結構設計滿足新規范的要求。
[參考文獻]
【1】建筑抗震設計規范，GB50011-2010
【2】高層建筑混凝土結構技術規程，JGJ3-2010