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摘要：文章以某办公住宅结构设计为例，依据《高层建筑混凝土结构技术规程》，对该建筑转换层结构刚度SATWE和广厦GSSAPSATWE进行有限元分析计算，是后续结构设计的重要依据。本文为高层复杂建筑转换层结构刚度计算提供实例参考。
关键词：转换层结构 刚度 有限元 实例
一. 建筑工程概况
对烟台某广场3号住宅办公楼进行结构设计，该面积为9772.13平方米，地下2层为停车场，层高5.2米，地上1～4层为商铺，层高4.6～6.1米，5层～29层为住宅，层高2.9米，建筑平面如图1。
二、高层建筑转换层结构刚度计算原则
刚度比为高层建筑的重要控制指标，主要限制了高层建筑的竖向不规则性。对带转换层结构的复杂高层建筑在设置转换层位置结构刚度沿竖向突变，容易形成形成薄弱层，刚度比的控制显得尤为重要。
《高层建筑混凝土结构技术规程》3.5.3条明确规定：A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%。10.2.6条规定：底部为2～5层大空间的部分框支剪力墙结构，其转换层下部框架-剪力墙结构的等效侧向刚度与相同或相近高度的上部剪力墙结构的等效侧向刚度比γe宜接近1，非抗震设计时不应大于2，抗震设计时不应大于1.3。
三、计算结果及分析
通过SATWE对本工程转换层的有限元分析，X方向质心坐标值为101.1719（m） Y方向质心坐标值为28.1380（m），X方向刚心坐标值为100.7249（m） Y方向刚心坐标值为30.8890（m），层刚性主轴的方向为0。XY方向质心坐标值和刚心坐标值基本重合。转换层总质量为2887.4688（t），X，Y方向的偏心率分别为0.0463，0.3886。X，Y 方向本层塔侧移刚度与下一层相应塔侧移刚度的比值为0.7858及0.7758。X，Y 方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者分别为1.0090及1.0395。结构总体坐标系中塔的侧移刚度和扭转刚度三个方向数值分别为3.9498E+07（kN/m），7.3303E+07（kN/m），3.6735E+09（kN/m）。所以软件SATWE判定本工程转换层为薄弱层，地震剪力放大系数调整为1.15。
在高位转换时转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比，SATWE采用的楼层刚度算法为剪切刚度算法。转换层下部结构起止层号取3～6层，高度为20.5米，转换层上部结构起止层号取7～13层，高度为20.6米，进行分析。X方向下部刚度为 0.1126E+08 X方向上部刚度为0.6808E+07，X方向刚度比为0.6044；Y方向下部刚度为0.2108E+08，Y方向上部刚度为0.1179E+08，Y方向刚度比为0.5591。楼层两方向抗剪承载力为0.3926E+05、0.6503E+05本层与上一层的承载力之比为1.52。
通过GSSAP对本工程转换层的有限元分析：0（度）方向层侧向刚度为5145817，转换层与上层的比值为0.83大于最小比值0.7。转换层与上三层平均值为0.82大于最小比值0.8，地震剪力增大系数取1.25。90（度）方向层侧向刚度为11941140，转换层与上层的比值为0.66小于最小比值0.7。转换层与上三层平均值为0.68大于最小比值0.8，符合高规要求。转换层下部结构起止层号取3～6层，高度为20.6米，转换层上部结构起止层号取7～13层，高度为20.5米，进行分析。0（度）方向下部刚度为852193，0（度）方向上部刚度为488590，0（度）方向刚度比为0.57；90（度）方向下部刚度为1943144，90（度）方向上部刚度为926115，90（度）方向刚度比为0.47。
楼层侧向刚度方面GSSAP分析结果为，0（度）方向层侧向刚度为2074683 kN，本层与上层比值为0.56小于规范要求最小比值0.7；本层与上三层平均值为0.71小于规范要求最小比值0.8，程序自动地震剪力增大1.25倍。90（度）方向层侧向刚度为3510803kN，本层与上层比值为0.65小于规范要求最小比值0.7；本层与上三层平均值为0.78小于规范要求最小比值0.8，程序自动地震剪力增大1.25倍。根據《高规》3.5.2条规定考虑层高修正的楼层侧向刚度比为下层侧向刚度与下层层高的乘积与上层侧向刚度与上层层高的乘积的比值。分析结果修正的楼层侧向刚度比为1.07小于规范要求最小比值1.10，程序自动地震剪力增大1.25倍。
结论：
用SATWE对带转换层结构的高层建筑转换层进行有限元计算，对设置转换层位置结构刚度沿竖向刚度的大小及变化情况进行了分析研究，以防止局部出现薄弱层，控制建筑整体的刚度比。
关键词：转换层结构 刚度 有限元 实例
一. 建筑工程概况
对烟台某广场3号住宅办公楼进行结构设计，该面积为9772.13平方米，地下2层为停车场，层高5.2米，地上1～4层为商铺，层高4.6～6.1米，5层～29层为住宅，层高2.9米，建筑平面如图1。
二、高层建筑转换层结构刚度计算原则
刚度比为高层建筑的重要控制指标，主要限制了高层建筑的竖向不规则性。对带转换层结构的复杂高层建筑在设置转换层位置结构刚度沿竖向突变，容易形成形成薄弱层，刚度比的控制显得尤为重要。
《高层建筑混凝土结构技术规程》3.5.3条明确规定：A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%。10.2.6条规定：底部为2～5层大空间的部分框支剪力墙结构，其转换层下部框架-剪力墙结构的等效侧向刚度与相同或相近高度的上部剪力墙结构的等效侧向刚度比γe宜接近1，非抗震设计时不应大于2，抗震设计时不应大于1.3。
三、计算结果及分析
通过SATWE对本工程转换层的有限元分析，X方向质心坐标值为101.1719（m） Y方向质心坐标值为28.1380（m），X方向刚心坐标值为100.7249（m） Y方向刚心坐标值为30.8890（m），层刚性主轴的方向为0。XY方向质心坐标值和刚心坐标值基本重合。转换层总质量为2887.4688（t），X，Y方向的偏心率分别为0.0463，0.3886。X，Y 方向本层塔侧移刚度与下一层相应塔侧移刚度的比值为0.7858及0.7758。X，Y 方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者分别为1.0090及1.0395。结构总体坐标系中塔的侧移刚度和扭转刚度三个方向数值分别为3.9498E+07（kN/m），7.3303E+07（kN/m），3.6735E+09（kN/m）。所以软件SATWE判定本工程转换层为薄弱层，地震剪力放大系数调整为1.15。
在高位转换时转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比，SATWE采用的楼层刚度算法为剪切刚度算法。转换层下部结构起止层号取3～6层，高度为20.5米，转换层上部结构起止层号取7～13层，高度为20.6米，进行分析。X方向下部刚度为 0.1126E+08 X方向上部刚度为0.6808E+07，X方向刚度比为0.6044；Y方向下部刚度为0.2108E+08，Y方向上部刚度为0.1179E+08，Y方向刚度比为0.5591。楼层两方向抗剪承载力为0.3926E+05、0.6503E+05本层与上一层的承载力之比为1.52。
通过GSSAP对本工程转换层的有限元分析：0（度）方向层侧向刚度为5145817，转换层与上层的比值为0.83大于最小比值0.7。转换层与上三层平均值为0.82大于最小比值0.8，地震剪力增大系数取1.25。90（度）方向层侧向刚度为11941140，转换层与上层的比值为0.66小于最小比值0.7。转换层与上三层平均值为0.68大于最小比值0.8，符合高规要求。转换层下部结构起止层号取3～6层，高度为20.6米，转换层上部结构起止层号取7～13层，高度为20.5米，进行分析。0（度）方向下部刚度为852193，0（度）方向上部刚度为488590，0（度）方向刚度比为0.57；90（度）方向下部刚度为1943144，90（度）方向上部刚度为926115，90（度）方向刚度比为0.47。
楼层侧向刚度方面GSSAP分析结果为，0（度）方向层侧向刚度为2074683 kN，本层与上层比值为0.56小于规范要求最小比值0.7；本层与上三层平均值为0.71小于规范要求最小比值0.8，程序自动地震剪力增大1.25倍。90（度）方向层侧向刚度为3510803kN，本层与上层比值为0.65小于规范要求最小比值0.7；本层与上三层平均值为0.78小于规范要求最小比值0.8，程序自动地震剪力增大1.25倍。根據《高规》3.5.2条规定考虑层高修正的楼层侧向刚度比为下层侧向刚度与下层层高的乘积与上层侧向刚度与上层层高的乘积的比值。分析结果修正的楼层侧向刚度比为1.07小于规范要求最小比值1.10，程序自动地震剪力增大1.25倍。
结论：
用SATWE对带转换层结构的高层建筑转换层进行有限元计算，对设置转换层位置结构刚度沿竖向刚度的大小及变化情况进行了分析研究，以防止局部出现薄弱层，控制建筑整体的刚度比。