林国坤
(广东省建筑设计研究院，广东广州 510010)
·结构·抗震·
东平广场裙房斜撑转换设计应用
林国坤
(广东省建筑设计研究院，广东广州 510010)
基于某工程因建筑大空间需求，在2层采用斜撑转换形式承担上部荷载的情况，考虑不同模拟施工计算方法并复核大震承载力，对斜撑转换进行了分析设计，结果表明:斜撑转换效率高、传力路径明确，具有良好的抗震性能，能起到较好的综合效应。关键词:斜撑转换，施工模拟，计算，结构设计
1 工程概况
本工程建设地点在佛山顺德区，设计基准期为50年，基本风压为0.60 kN/m2，抗震设防烈度为7度，设防分类为丙类，Ⅲ类场地;采用SATWE程序设计，MIDASGEN复核。
工程特点是首层候车廊紧挨主通道，地下结构柱无法上延，且该范围3层，4层为内廓中空设计，为避免上部中空两侧结构均有约10m悬挑，则2层需设大量梁上柱;经多方案比较分析，最终采用了钢骨混凝土斜撑来实现转换。
2 斜撑转换的特点和优点
2.1 斜撑转换的特点
在进行结构设计时，由于建筑功能的需要，竖向构件不能连续时，需要通过转换构件对竖向构件进行转换，当上部重力荷载比较大时，采用传统的梁式转换，梁截面一般都比较大而且配筋量也多，这样造成下部净空使用受到限制和施工困难，同时也容易因结构竖向重量和刚度突变造成结构整体抗震不利;斜撑转换以更为合理的受力方式用构件受压受拉替代转换梁受弯受剪来承受重力荷载，其通过斜撑受压和楼盖受拉来将上层柱(或梁)传来的重力荷载传至下层柱，上下层的刚度比也因没有大刚度转换梁存在而变化幅度很小，在水平地震作用下，可以避免结构层间剪力和构件内力发生突变，有利于结构抗震。
2.2 斜撑转换的优点
初设阶段在2层原采用型钢混凝土转换梁，截面为1 000 mm× 2 500 mm，内设H型钢25×2 200×600×25，普通钢筋还需配筋率达1%;这么大的梁不仅结构自重大、配筋多，给施工带来不便，而且在深化设计中，综合设备和公交候乘、主通道净空等要求下，建筑结构梁高不超过1.8 m。在此限制下经过多方案对比，最后认为图1和图2两种方案较适合本工程。其中斜拉杆和斜撑截面均为600 mm×800 mm，均内设H型钢30×500×200×20，下弦梁均为600×1 500混凝土梁;以下所有结果对比和示例均为建筑～轴交轴处斜撑，经计算，方案1均为拉杆，方案2为压杆，2层，3层，4层轴力分别为4 505 kN，3 479 kN，3 458 kN和-5 408 kN，-4 767 kN，-5 089 kN;方案1斜杆配筋率2层约1.7%，其他层和方案2所有层均约1.0%;两方案2层下弦梁配筋与竖向位移均比较接近俱在合理范围。
此时两方案均可能实现，需进一步对比优选;竖向构件的转换实际上是对力的传递，杆件的布置就是对力流的导向，杆件的拉压，膜的张紧等均相对构件弯切是产生最直接变形的高效力流体系;图2中斜撑转换实际在微观上对图1斜拉杆转换力流导向的优化，用压杆代替拉杆传力途径直接且节点施工相对简单，变形完全是由竖向刚度大的轴压杆承担，更能发挥材料力学优势和节省材料。经对比最终采用图2斜撑方案进行转换，建筑现状图见图3。
图1 斜拉杆方案
图2 斜撑方案
图3 建筑现状图
3 斜撑转换设计要点讨论
3.1 模拟施工计算方法影响
Satwe中对恒荷载的计算包括一次性加载、模拟施工加载1、模拟施工加载2和模拟施工加载3。一次性加载按一次加荷方式计算竖向力，采用整体刚度一次加载模型，这种计算模型适用于多层结构或有上传荷载如吊柱等的结构;模拟施工加载3是采用由用户指定施工次序的分层集成刚度、分层加载进行荷载下内力计算。模拟施工加载1和模拟施工加载2算法定义原理具体详见软件用户手册。
一次性加载应用比较少，模拟施工3拥有比较明显的优势。但对某些工程的特殊部位，有可能要采用一次性加载的方式，这与施工工艺密切相关。要视实际施工时是否按照分层加载、分层找平的方式施工。通过一次性加载和将各层改为同一施工次序施工模拟3(结果都是2层，3层，4层斜撑轴力分别为-5 408 kN，-4 767 kN，-5 089 kN;2层下弦梁支座弯矩为-2 888 kN·m，跨中弯矩为1 607 kN·m，剪力为821 kN)、施工模拟1(上述列举结果分别为-4 824 kN，-3 723 kN，-3 583 kN;-2 888 kN·m，1 607 kN·m，821 kN)、各层程序默认施工次序施工模拟3(上述列举结果分别为-5 968 kN，-3 985 kN，-3 583 kN;-6 859 kN·m，3 047 kN·m，1 537 kN)计算比较，同时要求现场施工从首层开始斜撑转换及其相关影响范围内脚手架，需待整体斜撑体系完成后再拆除，此时施工模拟3按程序默认各层施工次序计算已不符合实际工况受力情况，将各层施工次序修改为同一序号时，计算结果同一次性加载相同，根据实况和不同计算结果分析，斜撑转换及其相关影响范围内构件采用一次性加载计算设计，并采用模拟施工3程序默认各层施工次序结果对相关构件进行复核加强。
3.2 斜撑转换的弹性大震复核
本工程通过控制关键构件在大震作用下极限承载力大于弹性反应谱大震计算等效组合内力来满足规范的“大震不倒”的抗震设防目标。在设防烈度为7度时，水平大震作用下关键构件组合内力Sm表达式为:
其中，SG为弹性计算重力荷载效应标准值;SEa为弹性计算小震作用效应标准值。
经复核上下层柱及下弦梁配筋需按大震结果进行加强，埋设有H型钢斜撑满足承载力要求。
3.3 楼盖振动舒适度验算
根据JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程3.7.7条对楼盖竖向振动舒适度的要求，采用Etabs软件对斜撑体系相关范围内下弦楼盖典型楼盖进行了计算分析;前三振型周期分别为0.228 s，0.219 s和0.213 s，结构的自振频率均大于3 Hz;竖向振动峰值加速度为0.054m/s2，不超过规范要求0.178m/s2，结果表明斜撑转换体系不仅满足受力要求，同时也使下弦楼盖满足舒适度要求。
4 结语
大跨度开敞空间条件下，通过杆件受压更有效发挥材料性能的斜撑转换，与大截面转换梁结构相比，转换效率更高一些，而且上下层竖向结构重量和刚度突变较小，具有更好的抗震性能;同时有必要复核关键构件如斜撑、上下层柱、下弦梁满足“大震不倒”的抗震设防目标。
［1］ GB 50011—2010，建筑抗震设计规范［S］.
［2］ GB 50010—2010，混凝土结构设计规范［S］.
［3］ 徐培福，傅学怡，王翠坤，等.复杂高层建筑结构设计［M］.北京:中国建筑工业出版社，2005.
On application of inclined support conversion structure at podium s of Dongping Square
Lin Guokun
(Guangdong Architectural Design Institute，Guangzhou 510010，China)
Based on some building’s needs for larger space with the inclined support conversion structure on the second floor to support the upper loading，the paper considers various simulation construction calculationmethods，rechecks the bearing capacity ofmajor earthquakes，undertakes the analytic design for the inclined support conversion，and proves by the result that it has high efficiency，identical force transferring routes，and better anti-seismic performance，so it has positive comprehensive effect.
inclined support conversion support，construction simulation，calculation，structural design
TU318
A
1009-6825(2015)29-0026-02
2015-08-09
林国坤(1985-)，男，工程师
