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近年来国内外高层建筑发展迅速,其建筑向着功能多样化的综合性方向发展,这就使得不同用途的楼层需要采用不同的结构布置。这类建筑绝大部分是上部为住宅、旅馆,通常采用剪力墙结构,下部为商业办公用房,通常采用框架-剪力墙结构。为了实现这种结构布置,就必须设置结构转换层用以联系上下两个不同的结构体系,如设置梁式转换层、板式转换层或桁架转换层等。
目前国内学者对于这类复杂转换结构的抗震设计研究还比较少,并且大多还局限在多遇地震作用下弹性范围内的结构分析研究,对于如何保证这类复杂转换结构在罕遇地震作用下“大震不倒”,目前规范采用的弹性内力增大法和工程界采用的水平地震作用增大系数法均不能从定量上合理的解决。有关学者通过基于能力的设计原理对罕遇地震作用下转换层结构做出了一些分析研究,可以从定量上保证转换结构的“大震不倒”,但是其中部分学者的研究成果在应用于实际工程时只适用于梁式转换,并且其简化公式缺少理论依据;部分学者的研究成果虽然对转换层的整体抗震性能把握很好,但是对于局部转换构件的“强转换”能力并不能保证。
针对上述问题,该文开展了基于能力原理的罕遇地震作用下转换层的受力特性研究,对转换层结构的能力抗震设计方法进行了深入研究。首先,将基于能力的设计原理引入转换层结构设计中,采用“强转换弱上部”的结构设计思想,把控制概念引入结构抗震设计,有目的的引导结构破坏机制,避免不合理的破坏形态,给出了转换构件的能力设计公式。随后,通过对大量的不同种类转换形式结构的弹塑性时程分析,考虑了转换结构刚度和质量不同以及抗震设防烈度和转换层设置高度的不同对转换结构自身地震作用的影响,并将转换结构自身地震作用同转换层上部结构弯曲超强时的设计剪力对转换结构作用进行对比,从工程应用的角度给出了适用于各类转换形式的能力简化公式。然后,从能力设计原理出发,讨论了转换层结构的合理设置高度;并结合新《高规》的有关条款,提出用位移角来控制侧向刚度规则性的结构设计控制参数,给出了转换层结构能力设计的具体步骤,以及适用于转换层结构初步设计的优化设计方法及建议。最后,该文通过一个实际工程例子,对运用“强转换弱上部”思想进行转换结构的能力设计方法与按我国现行规范采用的弹性内力增大法以及在工程界应用的水平地震作用增大系数法进行对比,并对转换层结构的能力设计方法应用提供了建议。