型钢混凝土桁架转换层的应用分析

型钢混凝土桁架转换层的应用分析

发表时间：2018-07-02T11:30:53.457Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第5期作者：林南蓝

[导读] 同时能够为建筑争取面积和空间，桁架中间的空间可以摆放设备或者管线，形成较好的空间效果和经济效益。广东省建筑设计研究院广东深圳 518000

摘要：随着建筑市场的蓬勃发展，建筑方案品质的追求提升，同一栋楼兼备多样功能，例如五星级酒店，下部是大堂餐饮等大空间，上部是客房。为了兼顾上下功能，结构需要做转换层，设备专业也需要做转换层，此时常规的梁式转换截面相对较大，再加上设备管线，会影响建筑面积和空间感受，若能结构转换和设备转换层结合起来设计，利用设备转换层作为结构转换层（采用空腹桁架转换），即能满足结构受力需求，又能满足建筑和设备专业的需求。

关键词：桁架转换；整体有限元；性能目标

1、项目概况

项目位于深圳前海，功能为五星级酒店，转换层位于7M层，转换层下部是商业裙房，上部有18层客房，抗震设防烈度为7（0.10g），设计地震分组一组，场地类别Ⅱ类，由于项目特点和建筑功能需求，转换层梁高受限制，利用设备转换层形成空腹桁架转换。

2、整体有限元分析

空腹桁架转换构件节点受力较为复杂，采取ABAQUS 进行整体有限元分析，能够真实的模拟大震下桁架的应力损伤情况，分析其抗震性能。

2.1几何模型的确定

整体模型

2.2计算模型的确定

各组件约束关系

墙柱及桁架内的钢骨、纵筋、箍筋，均以嵌入方式约束于混凝土中；

边界条件、荷载、加载方式

利用ABAQUS建立实体模型，混凝土部分采用实体单元，型钢采用壳单元，钢筋采用truss单元，节点分析模型的边界综合采用位移边界与力边界。

a.位移边界：框支柱底部施加三向位移约束；

b.力边界：提取YJK大震等效弹性分析结果，在转换桁架上侧剪力墙或柱构件施加对应内力，并在模型切分边界处的水平构件上施加对应内力。参照《省高规》（DBJ15-92-2013）3.11.3第4性能水准进行组合。

c.加载点：加载均以截面耦合参考点进行加载，各加载点名称、加载点（RP1，RP2，…）如下表所示。加载参考点、边界条件

本分析主要验算罕遇地震作用下，转换桁架能否满足相应性能目标。荷载工况采用：DL+0.5LL+EX；各加载点内力提取如下：加载点内力

注：1.表中为“0”表示该项内力相对另一方向较小，合理简化，可以忽略其影响；

2.表中内力方向约定如下：轴力，受压为“+”；剪力，与整体坐标方向一致；弯矩，X向、Y向分别为弯矩作用所在的平面，且正方向如下图所示：

4、本构

材料本构模型

材料本构模型具体内容如下：钢材本构模型

采用强化模型，其中强化段E’=0.01E，采用Mises屈服准则。混凝土本构模型

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）附录C中给出的混凝土受压、受拉本构模型。采用混凝土损伤模型（Concrete Damage Plasticity），可考虑材料拉压强度的差异，刚度强度的退化。混凝土塑性损伤程度的计算方法采用能量等效原理，以割线刚度与初始刚度的比值来定义。

材料弹塑性本构模型

混凝土本构模型（C60）

钢材本构模型（Q390C）

a、钢组件的应力水平

钢材应力水平均采用MISES应力水平，其组件应力水平如下，在大震作用下，各部位型钢均处于相对较低的应力水平，能够满足Q390（50厚）的屈服强度350Mpa；应力较大区域主要集中在三榀主桁架的支座及跨中节点区域，基本均满足小于钢材的极限抗拉强度490Mpa，如下表所示。

钢组件应力云图

大震作用

下MISES应

力图

b、混凝土受压损伤

从下表可知，忽略加载点附近应力集中，大震下受压损伤部位大部分仍处于完好~轻微损伤之间。混凝土组件受压损伤云图

c、混凝土受拉损伤

从下表可知，除加载点损伤集中外，大震下受拉损伤部位大部分仍处于完好~轻微损伤之间。

混凝土组件受拉损伤云图

5、小结

通过对转换桁架的整体有限元实体分析结果可知：

大震作用下，混凝土大部分仍处于完好~轻微损伤之间，损伤部位主要集中在弦杆与腹杆的节点处；大震作用下，钢材各部位应力均处于相对较低的水平，能够满足Q390（50厚）的屈服强度350Mpa；局部应力较大区域也基本均满足钢材的极限抗拉强度490Mpa。

综上，空腹转换桁架有效的控制转换构件截面，满足的结构抗震性能目标，同时能够为建筑争取面积和空间，桁架中间的空间可以摆

放设备或者管线，形成较好的空间效果和经济效益。