钢筋混凝土厚板转换层结构抗震性能分析.doc

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文分 类 号 密 级太原理工大学硕 士 学 位 论 文 题 目 钢筋混凝土厚板转换层结构抗震性能分析 英文并列题目SEISMIC BEHAVIOR ANALYSIS OF REINFORCED CONCRETE TRANSFER THICK SLAB STRUCTURE研究生姓名： 靳 泰 学 号： s20080601 专 业： 结构工程 研究方向： 钢筋混凝土结构 导师姓名： 马 福 职 称： 教授级高工 学位授予单位： 太原理工大学 论文提交日期： 2010/5 地 址： 山西太原 太原理工大学IX太原理工大学硕士研究生学位论文钢筋混凝土厚板转换层结构抗震性能分

2、析摘 要近年来，现代高层建筑向着体型复杂、功能多样的综合商住方向发展，带转换层的高层建筑得到了大量应用。厚板转换层具有能满足上、下结构功能布置灵活的特点，因而受到建筑设计者和使用者的青睐。目前，对带厚板转换层的结构理论研究还不深入、系统，其内力分部规律以及在地震作用下的分析与计算方法远没有梁式转换结构成熟。因此，本文就带厚板转换的高层建筑结构的动力性能展开讨论。本文以一带厚板转换的高层建筑结构为研究对象，采用有限元法对该结构体系进行地震反应分析，以了解结构的抗震性能和动力特性。主要研究了以下几个方面:一、利用ANSYS对厚板转换层结构进行了分析研究。通过有限元软件ANSYS，建立了厚板转换层结

3、构的三维有限元模型，对结构进行了整体动力分析包括结构模态分析、振型分解反应谱法分析和弹性时程法分析。通过对结构的振型特点，楼层位移、层间位移角的分析找出了结构薄弱层的具体位置，分析了结构层剪力沿高度的分布情况，并对一些现象进行解释。经过分析，若结构布置合理，计算参数选取合理时，在8度设防烈度下完全可以采用厚板转换层结构。二、通过对高层建筑中厚板、梁式转换结构抗震性能的对比分析，阐述了两种转换结构的形式对结构自振周期、振型、楼层位移、层间位移角、楼层剪力的影响，并指出梁式转换结构在某些抗震能力方面并不优于厚板转换结构。通过该论文的分析结果，总结了所研究问题的一般规律和结论，并指出了今后需进一步研

4、究的问题。关键词:高层建筑结构，厚板转换层，抗震性能，有限元分析，钢筋混凝土SEISMIC BEHAVIOR ANALYSIS OF REINFORCED CONCRETE TRANSFER THICK SLAB STRUCTUREABSTRACTIn recent years, the modern high-rise building is developed in the comprehensive direction with complicated figures and various functions, and the high-rise building with trans

5、fer slabs is increasingly applied in engineering.Thick transfer slabs, with its characteristics that it can meet the demand of flexible structure function changes above and below the transfer floor, are favored by designers and users.But, at present, studies on the internal force distributing rules

6、and analyzing method of anti-earthquake responses of thick transfer slabs are not systematic and in-depth, so, this paper will discuss the problem.Taking one high-rise building with thick transfer slab as an example, this paper use the finite element method(FEM) for the Seismic response analysis to

7、grasp the Seismic performance and Dynamic Characteristics of the stucture.The main aehievements of the dissertation are expatiated as the following：(1) This paper use the ANSYS for the analytical study of structure with thick plate transfer story.Established a thick slab of transfer layer structure

8、of finite element model, the overall structure of the dynamic analysis is done, including modal analysis, spectrum analysis and elastic time-history analysis.Through the analysis of the structure vibration-type characteristics, floor displacements and inter-story drift angle, identify the specific l

9、ocation of structurally weak layer, analysis the shear forces distribution along the height of the structure and explain some data.After analysis, if the structure arrangement is reasonable, selecting calculation parameters reasonablely, it is viable to use thick transfer slab structure in 8 degree

10、seismic fortification intensity.(2)Expatiating upon the influence of two kinds of transfer structures, namely the high-rise building struetures with transfer slabs and transfer beams, on the natural periods of vibration, vibration modes, floor displacements, inter-story drift angle and earthquake sh

11、ear forces of these struetures and pointing out that some seismic performance of the strueture with transfer beams are not more superior to the strueture with transfer slabs.In the end, according to results of the analysis, the paper gives the commonly conclusion and rule, then opposes some question

12、s requested solution.Key words: high-rise building, transfer floor, aseismic behavior, analysis of finite element, reinforced concrete目录第一章 概述11.1建筑结构转换层概述11.1.1转换层结构概念的提出11.1.2转换层的功能.11.1.3转换层结构的主要型式21.1.4转换层结构的布置原则51.1.5转换层结构的发展趋势51.2厚板转换层概述61.2.1厚板转换层工程应用简况以及设计要求61.2.2厚板转换结构研究现状81.2.3厚板转换层设计中存在的问

13、题111.2.4 问题的提出12第二章 抗震计算理论132.1静力法132.2反应谱法132.2.1模态分析132.2.2设计反应谱曲线142.2.3等效地震荷载计算方法172.3时程分析法192.3.1地震波的选择202.3.2结构振动模型202.3.3恢复力模型22第三章 有限元理论253.1有限元的定义及基本原理253.2有限元分析基本步骤253.3钢筋混凝土有限元模型介绍29第四章 厚板转换层结构抗震性能的分析334.1工程概况334.2创建模型354.3结构模态分析374.3.1结构自振频率374.3.2 结构空间振型394.3.3 结构振型层位移和层间位移角434.3.4结构振型分

14、析的结论464.4水平地震作用下振型分解反应谱法分析464.4.1结构层位移和层间位移角484.4.2 楼层地震剪力534.4.3 厚板的受力分析554.5水平地震作用下弹性时程法分析574.5.1地震波的选择574.5.2结构层位移及层间位移角584.5.2弹性时程法与振型分解反应谱法结果的比较604.6结论62第五章 高层建筑中梁式转换结构和厚板转换结构抗震性能的对比分析635.1前言635.2结构模态分析645.2.1结构自振周期645.2.2结构振型655.3结构水平地震作用效应分析685.3.1振型分解反应谱法层位移及层间位移角的分析685.3.2时程法层位移、层间位移角的分析705

15、.3.3楼层地震剪力分配和传力途径的分析725.4结论75第六章 结论与展望776.1主要研究工作和成果776.2相关问题的研究建议78参考文献79致谢82攻读学位期间发表的论文8312第一章 概述1.1建筑结构转换层概述1.1.1转换层结构概念的提出为了给人们提供更好的生活环境和工作条件，建筑物不仅越来越高，并且还向着体型复杂、功能多样的综合方向发展，特别是商业街的高层建筑和写字楼。这类建筑已成为现代高层建筑发展的一大趋势，在如今大城市用地紧张的情况下更是如此。上述建筑类型一般都要求上部和下部使用功能不同，例如：上部楼层为酒店客房、住宅；或者上部楼层为办公用房，下部楼层作商场、餐厅、文化娱乐

16、设施等。此外还要求不同楼层在使用功能不同的时候，结构的布置也要作出相应的改变，例如：上部需要小开间的轴线布置和需要较多的墙体以适用旅馆和住宅的功能要求，而下部则需要尽可能大的自由灵活的室内空间，要求柱网大、墙体尽量少。从结构受力上来分析，由于高层建筑结构下部楼层受力很大，而上部楼层受力较小，正常的结构布置应该是下部刚度大、墙体多、柱网密，到上部逐渐减少墙和受力柱的数量，以扩大柱网。这样，结构的正常布置要求与建筑功能对空间的要求正好相反，为了实现这种结构布置，就必须在结构转换的楼层设置水平转换结构。这种上部竖向构件通过水平转换结构与下部竖向构件连接，构成的高层建筑结构称为带转换层的高层建筑结构。

17、转换层结构是将上下两种不同的结构类型连接起来，使得结构在竖向具有不同的柱网及墙体布置。一般而言，当高层建筑下部楼层竖向结构体系或型式与上部楼层差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时，就必须在结构改变的楼层布置转换层结构。由此可见转换层是钢筋混凝土结构建筑中承上启下的重要结构构件。1.1.2转换层的功能.转换层所实现的结构功能主要有：上下结构类型的转换、上下结构体系轴线的转换以及结构类型和结构轴线的同时转换。具体体现在：（1）上下结构类型的转换主要应用于框-剪结构和框支剪力墙结构。结构转换层将建筑上部的剪力墙结构全部或部分转换为下部的框架结构形成一个较大的内部自由空间

18、。（2）结构体系柱网、轴线的转换主要应用于高层建筑底部需要大空闻的情况。转换层的上、下部的结构型式没有改变，但通过转换层使下层柱的柱距扩大，形成大的柱网，并常用于满足外框筒的下层形成较大入口的需要。（3）结构类型与结构轴线同时转换是指转换层将上部剪力墙转换成下部框架的同时，下部柱网轴线与上部楼层的轴线错开、形成上下结构不对齐的布置。1.1.3转换层结构的主要型式转换层结构一般可归纳为以下几种基本型式： （a）梁式 （b）板式 （c）桁架式 （d）箱式图1-1转换层型式Fig.1-1 The Type of Tansfer Floor（1） 梁式转换层梁式结构的转换层一般在转换层的楼面设置纵横交

19、错的钢筋混凝土承重大梁，为适应上部荷载的需要，梁的截面尺寸较大。这种高层建筑中最常见的结构，是把大部分的剪力墙在一定层次上用框架“抬”起来，一部分剪力墙落地，在底下几层形成大空间的商场，上部住宅则为大开间的剪力墙结构，在框架和剪力墙的交界处用一较大截面的托梁来过渡，即结构的转换层就做在框支梁所在楼层。这样，上部房间中既无突出的柱、墙面又比较平整，在使用中也较为合理。为了经济，一般在住宅与商场之间不作设备层，而是把紧接住宅层的这一层商场（或办公）用房的层高加高0.8m-1.0m左右，上下管道转向交接就在框支梁下1.0m左右的空间内进行。在管道的下方可吊上平顶，不影响商场的使用。据统计梁式转换层约

20、占转换层形式的85%以上。其原因在于，它具有受力明确、传力直接、便于分析以及施工简单和造价合理等特点；并且在需要纵横向同时转换时，可采用双向梁的布置。梁式转换层广泛应用于底部大空间剪力墙结构之中，但是当梁的跨度较大时，由于设计中转换梁的尺寸常常由抗剪承载力来控制，所以使得梁的截面尺寸很大，处理不好有可能使转换梁与框架柱形成强梁弱柱，不利于结构抗震；再者，梁的尺寸过大，尤其是梁高过大，会影响到该层的建筑功能（如外层转换梁会影响通风采光等）。尽管如此，梁式转换由于其优点突出依然得到了最为广泛的应用。（2）板式转换层板式转换结构(厚板转换结构)是转换结构中最容易满足建筑功能要求的形式。当上、下层柱网

21、轴线错开较多，或上部剪力墙结构布置很不规则而下部结构要求布置大柱网且难以用梁直接承托时，采用板式转换是一种较好的结构形式。采用板式转换的优点是上下层结构布置灵活，不必上下对齐；缺点是自重大（可高达数千吨）、造价高、施工时支模、钢筋绑扎困难，并涉及到大体积混凝土的施工等系列问题。设计中，由于转换厚板的传力路径不明晰，受力状态复杂，暂无成熟的简化方法可用，以致结构计算十分复杂；由于设计抗剪和抗冲切的需要，转换板的厚度很大，这造成转换层质量和刚度的突变、地震作用时结构反应增大、转换层上下相邻层更成为薄弱层，不利于结构抗震。另一方面由于自重和地震作用的增加，下部竖向结构的荷载明显加大，设计难度随着增加

22、。研究表明，转换厚板的内力和位移极其不均匀，最大最小值相差可达几十倍。因此，在实际工程中要谨慎使用，我国高层混凝土结构技术规程JGJ3-2002对厚板转换的使用进行了严格的控制，其中1O.2.1条规定，非抗震设计和6度抗震设计时转换构件可采用厚板，7、8度抗震设计的地下室的转换构件可采用厚板。（3）桁架式转换层桁架式结构转换层是由梁式转换层变化而来的，桁架分为空腹桁架和实腹桁架两种，它可以是钢桁架，也可以是钢筋混凝土桁架，在钢筋混凝土高层结构中常用钢筋混凝土桁架。桁架的上下弦杆分别设在转换层的上下楼面的结构层内，层间设有腹杆。由于桁架高度较高，所以上下弦杆的截面尺寸相对较小。桁架上部的柱或墙荷

23、载通过桁架传到下部较大柱距的柱或墙上。与梁式转换层相比，它的整体性好，传力更加明确，自重较小，抗震性能好，便于管道的安装与维护等，但在施工上比较复杂。在设计上表现为节点的设计难度较大，“强斜腹杆，强节点”是桁架转换层的基本设计原则。而节点的受力复杂，容易发生剪切破坏，造成配筋过多。桁架转换式通常要求高度在3 m 以上，否则斜压杆件易形成超短柱，地震作用下容易产生脆性破坏。（4）箱形转换层箱形转换是通过一整层来达到具有较大刚度和承载力的一种转换结构。实际上也是由梁式结构转换层变化而来的。以上、下两层楼板作为上、下翼缘，并且在其间设置若干单向或双向腹板就形成箱形转换层。箱形转换层可用于上、下层结构

24、型式转换、柱网尺寸扩大及轴线错位等结构型式。由于箱形转换层结构完整并且具有较大的刚度，上层的剪力墙结构与箱形转换层相当于一个结构中的两个构件，彼此之间受力关系清楚。从某种程度上来看，上部的剪力墙结构的受力状况与坐落在箱形基础上的纯剪力墙结构相似。它的优点是转换层本身的整体性很好，当转换层上部结构布置较复杂时，仍能够保证上下竖向构件的有效传力。但从建筑上来看，它直接占用了整个楼层的使用面积，使得该楼层通常只能作为设备层使用，同时，转换层内部的剪力墙与设备布置、管线布置常常发生冲突,还有就是其自重大，造价高等。从结构分析角度考虑，箱形转换层自身刚度较大，内力分析复杂，大空间的底层或下部几层的结构平

25、面需进行合理布置，保持一定的刚度，避免在抵抗水平力时因底层刚度削弱而产生较大的相对位移，造成破坏，结构设计及施工难度都较大。目前箱形转换层的使用仅在铁路工程中比较常见。（5）其它型式的转换其它转换方式有拱式、巨型框架等。拱结构在桥梁中应用很多，西方古典建筑中亦不少见，它可以充分发挥材料的抗压能力，缺点是需要结构能够平衡水平作用力。巨型框架结构体系是适应高层建筑发展而出现的一种新型结构体系，也是巨型结构的一种。巨型结构的概念产生于60年代末，由梁式转换层结构发展而形成的。它由巨型的构件组成的简单而巨大的桁架或框架等结构，作为高层建筑的主体结构，与其它结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系，从

26、而获得更大的灵活性和更高的效能。巨型梁采用高度在一层以上的平面或空间格式桁架，一般隔若干层才设置一道。巨型结构的主结构通常为主要抗侧力体系，次结构只承担竖向荷载，并负责将力传给主结构。随着人们对建筑功能需求的不断增加，转换层的结构型式也将不断发展和更新。在选择转换结构型式时，可针对具体情况，并结合当地的建筑抗震设防烈度，采用合适的转换结构对不连续的竖向结构进行转换。本文的研究对象为一带板式转换层的钢筋混凝土结构。 1.1.4转换层结构的布置原则1 一般而言，当建筑下部楼层竖向结构体系或型式与上部楼层差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时，就必须在结构改变的楼层设置水

27、平转换构件，即结构转换层。因此，转换结构可根据其建筑功能和结构传力的需要，沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置（也可根据建筑功能的要求，在楼层局部布置转换层），且自身的这个空间既可作为正常使用楼层，也可作为技术设备层，但应保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。当建筑物较高柔（例如框架一筒体结构），整体刚度有可能不足时应设置水平刚性楼层（即加强层），人为地加强结构的整体弯曲效应，这时转换层可同建筑物的加强层、设备层等统一考虑。对大底盘多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，并加大屋面梁、板尺寸和厚度，以避免中间出现刚度特别小的楼层，减小震害。对部分框支剪力墙建筑结构，其转

28、换层的位置，7度区不宜超过第5层；8度区不宜超过第3层。转换层位置超过上述规定时，应作专门研究并采取有效措施。沿高层建筑方向转换结构可以是分段布置，形成大框架套小框架的巨型框架结构；可以间隔布置，形成错列墙梁或桁架式框架结构，这种情况是要求没有支撑障碍的宽敞内部空间，它必须采用大跨度楼盖结构，即采用一组三层水平构件的梁系统，由转换大梁来支撑主梁，再由主梁支撑次梁。这里的转换大梁起到解决大跨度楼盖和改变各主梁间距的作用。 1.1.5转换层结构的发展趋势2 高层建筑转换层结构的发展趋势主要体现在以下几个方面：（1）钢骨混凝土转换层的应用随着现代建筑朝着高层和超高层型式发展，转换层结构中转换构件承托

29、的层数也增多，同时，又受到建筑上对层高及空间的种种要求和限制，使得钢骨混凝土在工程中得到广泛的应用。钢骨混凝土梁承载力高、刚度好，可大大节省截面尺寸，且塑性强、耐久性和抗震性能也较钢筋混凝土梁好很多。此外，钢骨混凝土梁在施工阶段其自身刚度好，定位准确，可减少支模，加快施工速度。（2）预应力混凝土转换层的应用预应力技术在结构和施工上也具有很多优点，如减少截面尺寸、控制裂缝和挠度、控制施工阶段的裂缝及减轻支撑负担等。因此，预应力混凝土结构非常适用于建造大跨度转换层，且有自重轻、节省钢材和混凝土。（3）改善转换梁的受力性能转换梁的截面尺寸通常是由其受剪承载力来控制，截面尺寸往往较大，由于梁很强，处理

30、不好有可能使转换梁与框支柱形成的框架出现“强梁弱柱”的现象，对结构抗震很不利；此外采用转换梁也多多少少会影响该层的使用空间；对外筒的转换，采用转换梁会对该层的通风、采光等不利，若开设洞口，则会产生明显的应力集中现象。对此出现了以下几种新的转换结构形式，从而改善转换梁受力性能。斜向支撑的应用即在转换梁上部框架中布置一定数量的斜腹杆，使转换梁上相当一部分垂直荷载改变传力方向，起到类似拱传力的作用。竖向力的多道转换为避免一根转换梁承托上部所有各层的荷载 ，造成转换梁的截面尺寸过大、施工过难的情况，而设置多道转换梁分别承托几层或十几层，从而降低单根转换梁上承受的荷载。转换梁加腋的应用在结构设计时，转换

31、粱的截面尺寸通常是由它的抗剪承载力要求来决定的，抗弯对截面的要求并不是主要因素。因此，增强转换梁在支座区段的抗剪承载力（梁在支座区段的剪力较大），就可以有效地降低其截面尺寸。1.2厚板转换层概述1.2.1厚板转换层工程应用简况以及设计要求我国现行抗震规范和高规对带板式转换高层建筑结构在地震设防区的应用进行了限制。抗震规范规定：厚板转换层结构不宜用于7度及7度以上的高层建筑；高规规定：非抗震设计和6度抗震设计时转换构件可采用厚板，7、8度抗震设计的地下室的转换构件可采用厚板。因而，在7、8度抗震设防区，建造的带板式转换高层建筑均属于超限工程，需组织专家对其结构进行抗震专项审查。虽然如此，在过去的

32、十几年内，我国内地在7度区建成了十几栋带板式转换的高层建筑。从中我们看到了板式转换结构所具有独特的优势：转换层上部竖向构件布置灵活，不受过多限制，使得房间布置更容易满足使用功能的要求。在我国大中城市，人们往往渴望着在城市中心区域拥有一套理想的住宅，不仅生活、交通方便，而且有着良好的服务设施（医院、学校）。同时，城市中心区域又是商家的必争之地。为较好解决这一矛盾，实现商住合一，有效地节省城市建设用地，采用板式转换结构往往较为经济、合理。国内已建成的带板式转换高层建筑均取得了良好的经济和社会效益。表1-1 部分板式转换高层建筑实例Table1-1 The Fact For The Thick Sl

33、ab Transfer of High-rise building 序号工程名称总层数承托层数板厚（m）1 深圳佳宁娜友谊广场38292.82 深圳福田彩虹城大厦38312.43 香港绿杨新村住宅30302.54 珠海香洲港湾花园28222.25 深圳华彩花园住宅34292.26 福州新同达广场35272.27 深圳云景大厦35302.28 厦门安宝大厦32292.29 深圳皇岗花园19151.510 河南绿云小区高层住宅23211.4以上表中带板式转换高层建筑结构形式为：转换板下部为框架一剪力墙或框架-核心筒结构，上部为剪力墙结构。按照中国地震烈度区划图（1990），表中的工程绝大部分处于七

34、度抗震设防区。从己建的工程中可看出，转换层以下框支层数较多，多数为3-9层。这主要是受经济效益的影响，转换层位置小于3层的结构很难被开发商所接受。这类建筑有以下特点：转换板以上为标准层，作为住宅或办公室，通常采用纯剪力墙结构。其竖向构件（剪力墙）的布置以实现建筑功能为主，空间划分大小不一，剪力墙的尺寸、形状也富有变化，已由传统意义上的剪力墙逐步向短肢剪力墙或异形柱方向发展，上部结构不再具有较大的侧向刚度。转换层以下为商业用房，为获得大空间，采用核心筒和框支柱，再添加适当的落地剪力墙作为竖向构件。为满足转换层上、下结构侧向刚度比的要求，转换板以下中部核心筒体一般抗侧刚度较大，墙体厚度也较大。目前

35、，虽然带厚板转换层结构的高层建筑在国内有一定应用，但针对厚板转换层结构的研究还不够深入，对带厚板转换层高层建筑的抗震性能分析远没有普通高层建筑成熟，而转换板的厚度以及转换板的设置位置对结构地震反应的影响这一问题更是需待解决。高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2002中10.2.22条规定厚板设计应符合下列要求：（1）转换厚扳的厚度可由抗弯、抗剪、抗冲切计算确定。（2）转换厚板可局部做成薄板，薄板与厚板交界处可加腋；转换厚板可局部做成夹心板。（3）转换厚板宜按整体计算时所划分的主要交叉梁系的剪力和弯矩设计值进行截面设计并按有限元法分析结果进行配筋校核。受弯纵向钢筋可沿转换板上、下部双层双向配

36、置，每一方向总配筋率不宜小于0.6%，转换板内暗梁抗剪箍筋的面积率配筋率不宜小于0.45%。（4）为防止转换厚板的板端沿厚度方向产生层状水平裂缝，宜在厚板外周边配置钢筋骨架网进行加强。（5）转换厚板上、下部的剪力墙、柱的纵向钢筋均应在转换厚板内可靠锚固。（6）转换厚板上、下一层的楼板应适当加强，楼板厚度不寂小于150mm。1.2.2厚板转换结构研究现状上世纪五六十年代，前苏联、东欧的一些学者提出了柔性底层房屋的方案，即是上部各层为剪力墙，下部为框架的结构体系，并认为柔性底层有利于隔震，提高整座建筑物的抗震性能，因而当时兴建了不少这样的建筑，这也是首次通过设置转换层而取得底层大空间的尝试。但是，

37、实践表明柔性底层房屋并不具有人们所期望的隔震、抗震能力，底层框架柱不能承受过大变形，在地震中容易破坏而使整座建筑物倒塌3 。我国对这一方面的研究以及实际工程的应用始于上世纪70年代中期，1975年首先在上海天目路建成的13层底层大开间剪力墙结构住宅，并对其进行了现场应力实测、光弹性试验、钢筋混凝土模型试验及框支剪力墙有限元分析等一系列研究；1981一1983年，对一座12层底层大空间剪力墙住宅模型（l：6）进行了输入地震波的拟动力试验，并在大连建成了一栋15层的友好广场住宅；1984一1986年，中国建筑科学研究院结构所进行了一幢12层底部大空间为鱼骨式剪力墙模型（1：6）的拟动力试验研究；1

38、988一1989年，还进行了一幢大底盘大空间有机玻璃模型的静力试验和振动台试验;另外，清华大学进行了两座混凝土模型（1：24）的振动台试验研究。这些研究为底部大空间剪力墙结构的整体刚度和楼层相对刚度的选择和控制提供了试验和理论上的技术依据。1998年同济大学结合上海兴联大厦工程进行了梁式和空腹桁架式转换结构试验研究；1999年中国建筑科学研究院抗震所进行了转换梁试验研究，东南大学进行了钢骨混凝土和钢筋混凝土梁式托柱转换结构低周反复荷载试验；同年东南大学又结合南京新世纪广场工程进行了一组1：10比例带预应力混凝土桁架转换层结构的拟动力试验和低周反复荷载作用下的拟静力试验。由此可见，过去我国研究单

39、位及人员对转换结构的研究主要集中在针对梁式转换结构，通过大量的试验研究、有限元分析以及相关工程实践的经验总结，对转换梁的受力特征有了较全面的认识，获得了可靠的设计依据，并已作为一特殊的结构体系反映在新规范中3 。作为一种新型的转换层，厚板结构转换层可以使建筑物上下部的墙、柱轴线不受任何限制，从而更好的实现对高层建筑多功能的要求。但从结构上讲，这是一种对抗震不利的复杂结构体系，厚板的重量达数千吨以至上万吨，这样大的质量集中在建筑物的中部，振动性能极为复杂;加之该层刚度非常大，下层刚度又很小，容易产生底部变形集中和震害。然而厚板转换结构在工程实践中的应用，促进了此种转换结构在理论和实验研究方面的发

40、展4 。试验研究方面，东南大学做了两组模型试验，两个空间模型（1：10，模型总层数为5层）在水平方向低周期反复加载条件下的对比实验和两个空间模型（1：20，模型总层数为10层）振动台对比实验。东南大学两组试验的主要结论为：结构有相当的耗能能力，水平剪力基本按各构件抗侧剐度进行分配；在对转换层下部结构有意识加强以后，结构的薄弱层出现在转换层上部。虽然厚板转换结构地震反应强烈，但在相当于地震设防烈度为七度的地震作用下，结构模型基本上呈弹性：在相当于设防烈度为八度时，结构进入弹塑性阶段；设防烈度约为九度时，结构仍处于弹塑性阶段，因而厚板转换结构表现出较好的抗震性能，该结构体系可满足八度抗震设防要求。

41、模型在弹性阶段的第一振型显示，转换板以下里弯剪型（简体变形占主导），转换板以上呈弯曲型（剪力墙变形为主）。观测到的裂缝主要分布在转换板之上，且明显以转换板为界的变化规律，得到了厚板转换结构的滞回曲线和骨架曲线5 5。香港理工大学和中国地震局工程力学研究所进行了一个l:20空间模型(模型总层数为37层)振动台试验，试验模型来自于一栋37层的带厚板转换层建筑，转换板设置在三层顶，板厚为2.7m；核心筒为矩形，贯穿于整个结构楼层；12根框支柱支撑转换板上的剪力墙。其试验的主要结论为：在加速度峰值为0.02g0.06g的小震作用下，模型处于弹性工作阶段；在加速度峰值为0.08g0.14g的中震作用下，

42、模型出现轻微的损坏，结构仍能使用，少数构件需加固处理；在加速度峰值0.15g0.20g的大震作用下，模型出现多处裂缝，出现裂缝的构件分布在不同层的不同构件上，包括外墙和核心筒，模型严重损坏，反应进入弹塑性阶段，模型构件失去较多承载能力，但结构未倒塌；在加速度峰值为0.25g0.34g的强震作用下，模型反应的加速度峰值得到0.73g，结构顶部总倾斜角为1/100，层间最大位移角为l/80，结构处于非弹性工作阶段，模型可能随时倒塌。因此。判定该结构体系可满足七度抗震设防要求，在强震作用下结构抗震能力不足5 。大量振动台试验表明，邻近厚板的上下层容易产生应力集中，往往最后在这些部位破坏。中国建筑科学

43、研究院结构所进行的厚板剪力墙节点和厚板柱节点试验表明：在集中力作用下，板墙节点和板柱节点应力分布十分复杂，容易产生剪切破坏和冲切破坏。由于板太厚，不仅有平面内的各种应力，而且沿板厚产生明显的竖向应力，这些拉应力甚至会使板产生横向撕裂。在理论研究方面，武汉大学的彭斌，浙江大学的王平山对转换板的内力分析和设计方法进行了研究，基本上均采用有限元对转换板自身变形和内力分布规律进行分析；提出了按应力图进行配筋计算，实体单元模型更符合构件实际受力情况，以及转换板厚度、材料强度、变厚板、下部柱网尺寸、及设置悬挑板对转换板内力的影响。四川省建筑设计院的林金结合成都的华威商住大厦厚板转换结构，着重介绍了合理调整

44、转换结构竖向刚度满足底部大空间使用要求以及上部短肢剪力墙设计措施。东南大学土木学院的张家华在其博士论文中对转换板结构在竖向荷载作用下的内力、模态特性、及动力反应进行了研究，重点分析板厚、结构布置等参数的影响及其规律，并对其结构设计方法进行了部分研究，其主要结论为：板厚对结构动力特性是有影响的，薄板与厚板的动力特性存在明显差别，但当板厚达到一定厚度时，板厚的影响不明显，局部质量的变化对结构动力特性影响不显著。中国建筑科学研究院抗震所的荣维生在其博士论文中对带厚板转换高层建筑混凝土结构的抗震性能进行了研究，论证了在七度抗震设防区高层建筑采用厚板转换结构的可行性3 。总体来看，20世纪90年代以来，

45、很多专家对这类带转换板结构的抗震及有限元分析进行了各种深入的理论和试验研究，并对影响板式转换结构抗震性能的主要参数进行深入的对比理论研究，从而提出了许多设计建议，为板式转换结构的推广应用提供部分参考。1.2.3厚板转换层设计中存在的问题6 厚板转换层的分析与设计的方法目前主要有以下三种：（1）先将厚板划分为等效的交叉梁系参与整体分析，求得厚板的底面或顶面的墙和柱的内力并作为施加在其上的荷载，然后对厚板自重进行局部计算，得出其应力后，转化为内力再按杆件结构进行承载力计算；或先以厚板转换层为假想的基础，对其上部结构进行内力分析，再将计算得到的其上部“底层”构件的内力作为荷载作用于厚板，计算其内力，

46、最后仍将厚板以等效交叉梁系代替，进行整体结构的分析。（2）采用组合有限元的方法进行计算，即将厚板转换层及其相邻的上下层柱当作一种特殊的板柱体系，考虑楼板的弹性变形能，假定厚板在平面内有无限刚度，平面外有一定刚度（弯曲刚度），用弹性楼板元来模拟厚板的受力与变形。该方法可以一次性的分析出转换厚板其他构件的受力状态，提高了计算效率。（3）在实际工作中，还可以通过实验手段来研究转换厚板的力学特性（如板的光弹性试验等），根据试验成果，总结初期配筋依据。这些方法对厚板工作状态人为地作出了各种假设，从而简化了分析，减少了工作量，并能够满足工程设计的需要。但过多的假设使这些方法不能准确的反映厚板的实际受力状态，直接影响了设计的科学性。其不足之处主要有以下几个方面：（1）转换厚板的受力情况十分复杂，在板厚、柱网尺寸、加载方式、支承条件等多种因素影响下，内力和位移分布严重不均匀，在大荷载作用的板中部区域，挠度和内力一般比较大，其他局部区域内力和位移的值仅为峰值的十几分之一甚至几十分之一，因此必须在精确的力学分析的基础上利用科学设计手