隨著復(fù)雜高層的逐漸廣泛應(yīng)用，結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜，10版新規(guī)范針對此情況，提出了嵌固層與過渡層新概念，并進(jìn)一步對結(jié)構(gòu)中存在的加強層和轉(zhuǎn)換層的設(shè)計要求進(jìn)行了細(xì)化和強化。本文就新規(guī)范對結(jié)構(gòu)中存在的各種特殊層進(jìn)行闡述并詳解PKPM軟件的對此的實現(xiàn)。

　　一、嵌固層

　　嵌固層是10新規(guī)范提出的概念，涉及剛度比、節(jié)點強梁弱柱驗算、底部加強區(qū)位置判斷等內(nèi)容。SATWE在軟件的總信息中增加“嵌固端所在層號”參數(shù)。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(jié)構(gòu)的嵌固部位，那么“嵌固端所在層號”應(yīng)為“地下室層數(shù)+1”。

　　1.剛度比驗算的要求

　　無地下室的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的首層即為嵌固層。對于非框架結(jié)構(gòu)，高規(guī)3.5.2-2條規(guī)定：結(jié)構(gòu)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(zhí)行1.5倍限值。

　　2.節(jié)點強梁弱柱驗算要求

　　為了達(dá)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(yīng)的框架柱或抗震墻墻肢不應(yīng)屈服。保證當(dāng)框架柱嵌固在地下室頂板時，位于地下室頂板梁柱節(jié)點應(yīng)按首層柱的下端為“弱柱”設(shè)計，即地震時首層柱底屈服、出現(xiàn)塑性鉸。抗規(guī)6.1.14-3條提供兩種方法：

　　1)設(shè)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(jié)構(gòu)柱下端的鋼筋增加10%，且地下一層柱上端和節(jié)點左右梁端實配的抗震受彎承載力之和應(yīng)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(dāng)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(yīng)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(shù)。

　　3.判斷結(jié)構(gòu)底部加強區(qū)位置

　　抗規(guī)6.1.10-3條規(guī)定：當(dāng)結(jié)構(gòu)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(nèi)屈服、出現(xiàn)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(rèn)是從嵌固端下一層起算，即比規(guī)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(gòu)件與構(gòu)造邊緣構(gòu)件交界處配筋急劇減少的不利情況，高規(guī)7.2.14-3條規(guī)定：B級高度高層建筑的剪力墻，宜在約束邊緣構(gòu)件層與構(gòu)造邊緣構(gòu)件層之間設(shè)置1~2層過渡層，過渡層邊緣構(gòu)件的箍筋配置要求可低于約束邊緣構(gòu)件的要求，但應(yīng)高于構(gòu)造邊緣構(gòu)件的要求。這是10高規(guī)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(gòu)件的范圍仍按構(gòu)造邊緣構(gòu)件，過渡層剪力墻邊緣構(gòu)件的箍筋配置按約束邊緣構(gòu)件確定一個體積配箍率(配箍特征值λc)，又按構(gòu)造邊緣構(gòu)件為0.1，取其平均值。

　　三、加強層

　　帶加強層的高層建筑結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guī)10.3.3條規(guī)定：抗震設(shè)計時，帶加強層高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)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(yīng)提高一級采用，一級應(yīng)提高至特一級，已經(jīng)為特一級時應(yīng)允許不再提高;

　　2.加強層及其相鄰層的框架柱、箍筋應(yīng)全柱段加密配置，軸壓比限值應(yīng)按其他樓層框架柱的數(shù)值減小0.05采用;

　　3.加強層及其相鄰層核心筒剪力墻應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

　　用戶在調(diào)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(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

　　四、轉(zhuǎn)換層

　　結(jié)構(gòu)上的轉(zhuǎn)換層概念，主要是指在整個建筑結(jié)構(gòu)體系中，合理解決豎向結(jié)構(gòu)的突變性轉(zhuǎn)化和平面的連續(xù)性變化的結(jié)構(gòu)單元體系。它在主要滿足結(jié)構(gòu)安全功能要求的同時，多數(shù)情況下解決一些特殊技術(shù)性建筑功能要求。比如在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層空間內(nèi)布置管道、設(shè)備等等。

　　由于轉(zhuǎn)換層位置的增高，結(jié)構(gòu)傳力路徑復(fù)雜、內(nèi)力變化較大。高規(guī)10.2.2條規(guī)定：帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其剪力墻底部加強部位的高度應(yīng)從地下室頂板算起，宜取至轉(zhuǎn)換層以上兩層不宜小于房屋高度的1/10。相比于02規(guī)程，將墻肢總高度的1/8改為房屋總高度的1/10。

　　新規(guī)范將02規(guī)范“框支梁”改為更廣義的轉(zhuǎn)換梁。轉(zhuǎn)換梁包括部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中的框支梁以及上面托柱的框架梁，是帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。轉(zhuǎn)換梁應(yīng)按梁建模、按墻分析、按梁設(shè)計。轉(zhuǎn)換梁受力復(fù)雜，高規(guī)10.2.7提出了比一般框架梁更高的要求。

　　原規(guī)范的“框支柱”改為“轉(zhuǎn)換柱”。轉(zhuǎn)換柱包括部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中的框支柱和筒體等結(jié)構(gòu)中支承托柱轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換柱承受的地震作用逐漸增大，所以高規(guī)10.2.10條規(guī)定轉(zhuǎn)換柱不僅在內(nèi)力上調(diào)整，在構(gòu)造配筋上要比普通框架柱高。

　　為保證轉(zhuǎn)換構(gòu)件的設(shè)計安全度并具有良好的抗震性能。高規(guī)10.2.4條規(guī)定：特一、一、二級轉(zhuǎn)換構(gòu)件的水平地震作用計算內(nèi)力應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.9，1.6，1.3;轉(zhuǎn)換構(gòu)件應(yīng)按本規(guī)程第4.3.2條的規(guī)定考慮豎向地震作用。軟件在內(nèi)力組合時對地震內(nèi)力進(jìn)行放大。

　　轉(zhuǎn)換層部位受力復(fù)雜，樓板受到較大的面內(nèi)變形，一般應(yīng)將轉(zhuǎn)換層的樓板設(shè)置為彈性樓板，如彈性膜或彈性板6。具體操作可在特殊構(gòu)件補充定義菜單中將轉(zhuǎn)換層全層設(shè)置為彈性樓板，其他樓層是否設(shè)置彈性板由用戶按照實際情況決定。

　　此外，轉(zhuǎn)換層一般屬于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，為薄弱層，在調(diào)整信息中要把轉(zhuǎn)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(guī)范對結(jié)構(gòu)中的特殊層做了許多調(diào)整與加強，PKPM10版軟件也據(jù)此做了較大的改動，設(shè)計人員在熟悉新規(guī)范的同時也需將軟件的實現(xiàn)方式了解清楚，方能使結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足新規(guī)范的要求。

　　[參考文獻(xiàn)]

　　【1】建筑抗震設(shè)計規(guī)范，GB50011-2010

　　【2】高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，JGJ3-2010

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　　一、嵌固層

　　嵌固層是10新規(guī)范提出的概念，涉及剛度比、節(jié)點強梁弱柱驗算、底部加強區(qū)位置判斷等內(nèi)容。SATWE在軟件的總信息中增加“嵌固端所在層號”參數(shù)。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(jié)構(gòu)的嵌固部位，那么“嵌固端所在層號”應(yīng)為“地下室層數(shù)+1”。

　　1.剛度比驗算的要求

　　無地下室的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的首層即為嵌固層。對于非框架結(jié)構(gòu)，高規(guī)3.5.2-2條規(guī)定：結(jié)構(gòu)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(zhí)行1.5倍限值。

　　2.節(jié)點強梁弱柱驗算要求

　　為了達(dá)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(yīng)的框架柱或抗震墻墻肢不應(yīng)屈服。保證當(dāng)框架柱嵌固在地下室頂板時，位于地下室頂板梁柱節(jié)點應(yīng)按首層柱的下端為“弱柱”設(shè)計，即地震時首層柱底屈服、出現(xiàn)塑性鉸。抗規(guī)6.1.14-3條提供兩種方法：

　　1)設(shè)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(jié)構(gòu)柱下端的鋼筋增加10%，且地下一層柱上端和節(jié)點左右梁端實配的抗震受彎承載力之和應(yīng)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(dāng)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(yīng)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(shù)。

　　3.判斷結(jié)構(gòu)底部加強區(qū)位置

　　抗規(guī)6.1.10-3條規(guī)定：當(dāng)結(jié)構(gòu)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(nèi)屈服、出現(xiàn)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(rèn)是從嵌固端下一層起算，即比規(guī)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(gòu)件與構(gòu)造邊緣構(gòu)件交界處配筋急劇減少的不利情況，高規(guī)7.2.14-3條規(guī)定：B級高度高層建筑的剪力墻，宜在約束邊緣構(gòu)件層與構(gòu)造邊緣構(gòu)件層之間設(shè)置1~2層過渡層，過渡層邊緣構(gòu)件的箍筋配置要求可低于約束邊緣構(gòu)件的要求，但應(yīng)高于構(gòu)造邊緣構(gòu)件的要求。這是10高規(guī)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(gòu)件的范圍仍按構(gòu)造邊緣構(gòu)件，過渡層剪力墻邊緣構(gòu)件的箍筋配置按約束邊緣構(gòu)件確定一個體積配箍率(配箍特征值λc)，又按構(gòu)造邊緣構(gòu)件為0.1，取其平均值。

　　三、加強層

　　帶加強層的高層建筑結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guī)10.3.3條規(guī)定：抗震設(shè)計時，帶加強層高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)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(yīng)提高一級采用，一級應(yīng)提高至特一級，已經(jīng)為特一級時應(yīng)允許不再提高;

　　2.加強層及其相鄰層的框架柱、箍筋應(yīng)全柱段加密配置，軸壓比限值應(yīng)按其他樓層框架柱的數(shù)值減小0.05采用;

　　3.加強層及其相鄰層核心筒剪力墻應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

　　用戶在調(diào)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(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

　　四、轉(zhuǎn)換層

　　結(jié)構(gòu)上的轉(zhuǎn)換層概念，主要是指在整個建筑結(jié)構(gòu)體系中，合理解決豎向結(jié)構(gòu)的突變性轉(zhuǎn)化和平面的連續(xù)性變化的結(jié)構(gòu)單元體系。它在主要滿足結(jié)構(gòu)安全功能要求的同時，多數(shù)情況下解決一些特殊技術(shù)性建筑功能要求。比如在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層空間內(nèi)布置管道、設(shè)備等等。

　　由于轉(zhuǎn)換層位置的增高，結(jié)構(gòu)傳力路徑復(fù)雜、內(nèi)力變化較大。高規(guī)10.2.2條規(guī)定：帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其剪力墻底部加強部位的高度應(yīng)從地下室頂板算起，宜取至轉(zhuǎn)換層以上兩層不宜小于房屋高度的1/10。相比于02規(guī)程，將墻肢總高度的1/8改為房屋總高度的1/10。

　　新規(guī)范將02規(guī)范“框支梁”改為更廣義的轉(zhuǎn)換梁。轉(zhuǎn)換梁包括部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中的框支梁以及上面托柱的框架梁，是帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。轉(zhuǎn)換梁應(yīng)按梁建模、按墻分析、按梁設(shè)計。轉(zhuǎn)換梁受力復(fù)雜，高規(guī)10.2.7提出了比一般框架梁更高的要求。

　　原規(guī)范的“框支柱”改為“轉(zhuǎn)換柱”。轉(zhuǎn)換柱包括部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中的框支柱和筒體等結(jié)構(gòu)中支承托柱轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換柱承受的地震作用逐漸增大，所以高規(guī)10.2.10條規(guī)定轉(zhuǎn)換柱不僅在內(nèi)力上調(diào)整，在構(gòu)造配筋上要比普通框架柱高。

　　為保證轉(zhuǎn)換構(gòu)件的設(shè)計安全度并具有良好的抗震性能。高規(guī)10.2.4條規(guī)定：特一、一、二級轉(zhuǎn)換構(gòu)件的水平地震作用計算內(nèi)力應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.9，1.6，1.3;轉(zhuǎn)換構(gòu)件應(yīng)按本規(guī)程第4.3.2條的規(guī)定考慮豎向地震作用。軟件在內(nèi)力組合時對地震內(nèi)力進(jìn)行放大。

　　轉(zhuǎn)換層部位受力復(fù)雜，樓板受到較大的面內(nèi)變形，一般應(yīng)將轉(zhuǎn)換層的樓板設(shè)置為彈性樓板，如彈性膜或彈性板6。具體操作可在特殊構(gòu)件補充定義菜單中將轉(zhuǎn)換層全層設(shè)置為彈性樓板，其他樓層是否設(shè)置彈性板由用戶按照實際情況決定。

　　此外，轉(zhuǎn)換層一般屬于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，為薄弱層，在調(diào)整信息中要把轉(zhuǎn)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(guī)范對結(jié)構(gòu)中的特殊層做了許多調(diào)整與加強，PKPM10版軟件也據(jù)此做了較大的改動，設(shè)計人員在熟悉新規(guī)范的同時也需將軟件的實現(xiàn)方式了解清楚，方能使結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足新規(guī)范的要求。

　　[參考文獻(xiàn)]

　　【1】建筑抗震設(shè)計規(guī)范，GB50011-2010

　　【2】高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，JGJ3-2010