时间：2012年09月28日 分类：推荐论文 次数：
随着复杂高层的逐渐广泛应用，结构形式越来越复杂，10版新规范针对此情况，提出了嵌固层与过渡层新概念，并进一步对结构中存在的加强层和转换层的设计要求进行了细化和强化。本文就新规范对结构中存在的各种特殊层进行阐述并详解PKPM软件的对此的实现。
一、嵌固层
嵌固层是10新规范提出的概念，涉及刚度比、节点强梁弱柱验算、底部加强区位置判断等内容。SATWE在软件的总信息中增加“嵌固端所在层号”参数。如果地下室顶板具有足够的刚度和承载力，则可以作为上部结构的嵌固部位，那么“嵌固端所在层号”应为“地下室层数+1”。
1.刚度比验算的要求
无地下室的结构，结构的首层即为嵌固层。对于非框架结构，高规3.5.2-2条规定：结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5。软件在判断嵌固层是否为薄弱层时执行1.5倍限值。
2.节点强梁弱柱验算要求
为了达到框架柱嵌固端屈服时，或抗震墙墙肢的嵌固端屈服时，地下一层对应的框架柱或抗震墙墙肢不应屈服。保证当框架柱嵌固在地下室顶板时，位于地下室顶板梁柱节点应按首层柱的下端为“弱柱”设计，即地震时首层柱底屈服、出现塑性铰。抗规6.1.14-3条提供两种方法：
1)设计时，梁柱纵向钢筋增加的比例也可不同，但柱的纵向钢筋至少比地上结构柱下端的钢筋增加10%，且地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍。
2)作为简化，当梁按计算分配的弯矩接近柱的弯矩时，地下室顶板的柱上端、梁顶面和梁底面的纵向钢筋均增加10%以上。
软件采用第一种方法，程序自动搜索地上一层对应位置的柱配筋，取不小于其1.1倍纵筋面积作为地下一层柱纵筋面积。地下一层梁组合弯矩值乘以1.3倍的放大系数。
3.判断结构底部加强区位置
抗规6.1.10-3条规定：当结构计算嵌固端位于地下一层的底板或以下时，底部加强部位尚宜向下延伸到计算嵌固端。延性抗震墙要控制在其底部即计算嵌固端以上一定高度范围内屈服、出现塑性铰。因此，软件在确定剪力墙底部加强部位的起算层号时，默认是从嵌固端下一层起算，即比规范下延了一层。
二、过渡层
B级高度的高层建筑，考虑到其高度较高，为避免约束边缘构件与构造边缘构件交界处配筋急剧减少的不利情况，高规7.2.14-3条规定：B级高度高层建筑的剪力墙，宜在约束边缘构件层与构造边缘构件层之间设置1~2层过渡层，过渡层边缘构件的箍筋配置要求可低于约束边缘构件的要求，但应高于构造边缘构件的要求。这是10高规新增的条文。
SATWE中，过渡层在多塔定义中分塔指定，过渡层边缘构件的范围仍按构造边缘构件，过渡层剪力墙边缘构件的箍筋配置按约束边缘构件确定一个体积配箍率(配箍特征值λc)，又按构造边缘构件为0.1，取其平均值。
三、加强层
带加强层的高层建筑结构，加强层刚度和承载力较大，与其上、下相邻楼层相比有突变，加强层相邻楼层往往成为抗震薄弱层，与加强层水平伸臂结构相连接部位的核心筒剪力墙以及外围框架柱受力大且集中。因此，为了提高加强层及其相邻楼层与加强层水平伸臂结构相连接的核心筒墙体及外围框架柱的抗震承载力和延性，高规10.3.3条规定：抗震设计时，带加强层高层建筑结构应符合下列要求：
1.加强层及其相邻层的框架柱、核心筒剪力墙的抗震等级应提高一级采用，一级应提高至特一级，已经为特一级时应允许不再提高;
2.加强层及其相邻层的框架柱、箍筋应全柱段加密配置，轴压比限值应按其他楼层框架柱的数值减小0.05采用;
3.加强层及其相邻层核心筒剪力墙应设置约束边缘构件。
用户在调整信息中如果指定加强层的层号，那么软件在计算时会对加强层及相邻层柱、墙抗震等级自动提高一级、轴压比限值减小0.05并设置约束边缘构件。
四、转换层
结构上的转换层概念，主要是指在整个建筑结构体系中，合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化的结构单元体系。它在主要满足结构安全功能要求的同时，多数情况下解决一些特殊技术性建筑功能要求。比如在结构转换层空间内布置管道、设备等等。
由于转换层位置的增高，结构传力路径复杂、内力变化较大。高规10.2.2条规定：带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层不宜小于房屋高度的1/10。相比于02规程，将墙肢总高度的1/8改为房屋总高度的1/10。
新规范将02规范“框支梁”改为更广义的转换梁。转换梁包括部分框支剪力墙结构中的框支梁以及上面托柱的框架梁，是带转换层结构中应用最为广泛的转换构件。转换梁应按梁建模、按墙分析、按梁设计。转换梁受力复杂，高规10.2.7提出了比一般框架梁更高的要求。
原规范的“框支柱”改为“转换柱”。转换柱包括部分框支剪力墙结构中的框支柱和筒体等结构中支承托柱转换梁柱。随着地震作用的增大，落地剪力墙逐渐开裂、刚度降低，转换柱承受的地震作用逐渐增大，所以高规10.2.10条规定转换柱不仅在内力上调整，在构造配筋上要比普通框架柱高。
为保证转换构件的设计安全度并具有良好的抗震性能。高规10.2.4条规定：特一、一、二级转换构件的水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数1.9，1.6，1.3;转换构件应按本规程第4.3.2条的规定考虑竖向地震作用。软件在内力组合时对地震内力进行放大。
转换层部位受力复杂，楼板受到较大的面内变形，一般应将转换层的楼板设置为弹性楼板，如弹性膜或弹性板6。具体操作可在特殊构件补充定义菜单中将转换层全层设置为弹性楼板，其他楼层是否设置弹性板由用户按照实际情况决定。
此外，转换层一般属于竖向抗侧力构件不连续，为薄弱层，在调整信息中要把转换层指定为薄弱层，软件计算时会对地震剪力放大1.25倍。
新规范对结构中的特殊层做了许多调整与加强，PKPM10版软件也据此做了较大的改动，设计人员在熟悉新规范的同时也需将软件的实现方式了解清楚，方能使结构设计满足新规范的要求。
[参考文献]
【1】建筑抗震设计规范，GB50011-2010
【2】高层建筑混凝土结构技术规程，JGJ3-2010
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一、嵌固层
嵌固层是10新规范提出的概念，涉及刚度比、节点强梁弱柱验算、底部加强区位置判断等内容。SATWE在软件的总信息中增加“嵌固端所在层号”参数。如果地下室顶板具有足够的刚度和承载力，则可以作为上部结构的嵌固部位，那么“嵌固端所在层号”应为“地下室层数+1”。
1.刚度比验算的要求
无地下室的结构，结构的首层即为嵌固层。对于非框架结构，高规3.5.2-2条规定：结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5。软件在判断嵌固层是否为薄弱层时执行1.5倍限值。
2.节点强梁弱柱验算要求
为了达到框架柱嵌固端屈服时，或抗震墙墙肢的嵌固端屈服时，地下一层对应的框架柱或抗震墙墙肢不应屈服。保证当框架柱嵌固在地下室顶板时，位于地下室顶板梁柱节点应按首层柱的下端为“弱柱”设计，即地震时首层柱底屈服、出现塑性铰。抗规6.1.14-3条提供两种方法：
1)设计时，梁柱纵向钢筋增加的比例也可不同，但柱的纵向钢筋至少比地上结构柱下端的钢筋增加10%，且地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍。
2)作为简化，当梁按计算分配的弯矩接近柱的弯矩时，地下室顶板的柱上端、梁顶面和梁底面的纵向钢筋均增加10%以上。
软件采用第一种方法，程序自动搜索地上一层对应位置的柱配筋，取不小于其1.1倍纵筋面积作为地下一层柱纵筋面积。地下一层梁组合弯矩值乘以1.3倍的放大系数。
3.判断结构底部加强区位置
抗规6.1.10-3条规定：当结构计算嵌固端位于地下一层的底板或以下时，底部加强部位尚宜向下延伸到计算嵌固端。延性抗震墙要控制在其底部即计算嵌固端以上一定高度范围内屈服、出现塑性铰。因此，软件在确定剪力墙底部加强部位的起算层号时，默认是从嵌固端下一层起算，即比规范下延了一层。
二、过渡层
B级高度的高层建筑，考虑到其高度较高，为避免约束边缘构件与构造边缘构件交界处配筋急剧减少的不利情况，高规7.2.14-3条规定：B级高度高层建筑的剪力墙，宜在约束边缘构件层与构造边缘构件层之间设置1~2层过渡层，过渡层边缘构件的箍筋配置要求可低于约束边缘构件的要求，但应高于构造边缘构件的要求。这是10高规新增的条文。
SATWE中，过渡层在多塔定义中分塔指定，过渡层边缘构件的范围仍按构造边缘构件，过渡层剪力墙边缘构件的箍筋配置按约束边缘构件确定一个体积配箍率(配箍特征值λc)，又按构造边缘构件为0.1，取其平均值。
三、加强层
带加强层的高层建筑结构，加强层刚度和承载力较大，与其上、下相邻楼层相比有突变，加强层相邻楼层往往成为抗震薄弱层，与加强层水平伸臂结构相连接部位的核心筒剪力墙以及外围框架柱受力大且集中。因此，为了提高加强层及其相邻楼层与加强层水平伸臂结构相连接的核心筒墙体及外围框架柱的抗震承载力和延性，高规10.3.3条规定：抗震设计时，带加强层高层建筑结构应符合下列要求：
1.加强层及其相邻层的框架柱、核心筒剪力墙的抗震等级应提高一级采用，一级应提高至特一级，已经为特一级时应允许不再提高;
2.加强层及其相邻层的框架柱、箍筋应全柱段加密配置，轴压比限值应按其他楼层框架柱的数值减小0.05采用;
3.加强层及其相邻层核心筒剪力墙应设置约束边缘构件。
用户在调整信息中如果指定加强层的层号，那么软件在计算时会对加强层及相邻层柱、墙抗震等级自动提高一级、轴压比限值减小0.05并设置约束边缘构件。
四、转换层
结构上的转换层概念，主要是指在整个建筑结构体系中，合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化的结构单元体系。它在主要满足结构安全功能要求的同时，多数情况下解决一些特殊技术性建筑功能要求。比如在结构转换层空间内布置管道、设备等等。
由于转换层位置的增高，结构传力路径复杂、内力变化较大。高规10.2.2条规定：带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层不宜小于房屋高度的1/10。相比于02规程，将墙肢总高度的1/8改为房屋总高度的1/10。
新规范将02规范“框支梁”改为更广义的转换梁。转换梁包括部分框支剪力墙结构中的框支梁以及上面托柱的框架梁，是带转换层结构中应用最为广泛的转换构件。转换梁应按梁建模、按墙分析、按梁设计。转换梁受力复杂，高规10.2.7提出了比一般框架梁更高的要求。
原规范的“框支柱”改为“转换柱”。转换柱包括部分框支剪力墙结构中的框支柱和筒体等结构中支承托柱转换梁柱。随着地震作用的增大，落地剪力墙逐渐开裂、刚度降低，转换柱承受的地震作用逐渐增大，所以高规10.2.10条规定转换柱不仅在内力上调整，在构造配筋上要比普通框架柱高。
为保证转换构件的设计安全度并具有良好的抗震性能。高规10.2.4条规定：特一、一、二级转换构件的水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数1.9，1.6，1.3;转换构件应按本规程第4.3.2条的规定考虑竖向地震作用。软件在内力组合时对地震内力进行放大。
转换层部位受力复杂，楼板受到较大的面内变形，一般应将转换层的楼板设置为弹性楼板，如弹性膜或弹性板6。具体操作可在特殊构件补充定义菜单中将转换层全层设置为弹性楼板，其他楼层是否设置弹性板由用户按照实际情况决定。
此外，转换层一般属于竖向抗侧力构件不连续，为薄弱层，在调整信息中要把转换层指定为薄弱层，软件计算时会对地震剪力放大1.25倍。
新规范对结构中的特殊层做了许多调整与加强，PKPM10版软件也据此做了较大的改动，设计人员在熟悉新规范的同时也需将软件的实现方式了解清楚，方能使结构设计满足新规范的要求。
[参考文献]
【1】建筑抗震设计规范，GB50011-2010
【2】高层建筑混凝土结构技术规程，JGJ3-2010