1 .問(wèn)題提出
設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)師一般都比較重視轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)，但通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，定義轉(zhuǎn)換梁與否，有些情況下轉(zhuǎn)換梁的配筋好像沒(méi)有預(yù)期的結(jié)果那樣變化大，有些轉(zhuǎn)換梁配筋變化很小，甚至有些情況下定義轉(zhuǎn)換梁與否基本不影響配筋。設(shè)計(jì)師會(huì)產(chǎn)生一系列疑慮，對(duì)于轉(zhuǎn)換梁的配筋變化情況及轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力調(diào)整放大，軟件是如何執(zhí)行規(guī)范的相關(guān)要求？并且抗規(guī)、高規(guī)及異形柱規(guī)程等對(duì)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力調(diào)整均不完全一致，軟件是按照那本規(guī)范執(zhí)行？為什么定義轉(zhuǎn)換梁與否配筋差異很小等？
本文結(jié)合各規(guī)范對(duì)轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力調(diào)整要求，剖析各規(guī)范之間的異同，闡釋軟件對(duì)于轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力放大及特殊的配筋設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)師展示轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。
2 .規(guī)范對(duì)于轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力調(diào)整要求
① 抗規(guī)對(duì)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力調(diào)整要求
抗規(guī)3.4.3及3.4.4對(duì)于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)的結(jié)構(gòu)歸為豎向不規(guī)則，對(duì)于這種結(jié)構(gòu)中的水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件規(guī)范要求地震內(nèi)力需要乘以1.25~2.0的增大系數(shù)，如圖1所示。
注意的是，抗規(guī)對(duì)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)是個(gè)范圍，在設(shè)計(jì)中無(wú)法準(zhǔn)確執(zhí)行。要對(duì)轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整需要參考其他規(guī)范的相關(guān)要求。
查看抗規(guī)關(guān)于框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，如圖2所示，可知，框支框架的抗震等級(jí)僅僅有抗震等級(jí)一級(jí)與二級(jí)，無(wú)其他抗震等級(jí)，因此，水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件地震內(nèi)力的放大只放大一級(jí)與二級(jí)。
② 高規(guī)對(duì)轉(zhuǎn)換梁的調(diào)整要求
高規(guī)對(duì)框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換梁的地震內(nèi)力放大系數(shù)要求如下，如圖3所示：
通過(guò)高規(guī)10.2.4條文可知，對(duì)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力放大，高規(guī)給出了具體的放大系數(shù)，在設(shè)計(jì)中可以執(zhí)行，高規(guī)中僅僅給出了特一級(jí)、一級(jí)及二級(jí)，并沒(méi)有三級(jí)、四級(jí)抗震等級(jí)的轉(zhuǎn)換梁放大系數(shù)。
在高規(guī)中，如圖4，圖5可知，不論是A級(jí)高度還是B級(jí)高度的建筑，部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中的框支框架只有特一級(jí)、一級(jí)及二級(jí)，不存在三級(jí)與四級(jí)的情況。因此，高規(guī)中也不存在三級(jí)、四級(jí)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力放大，相比抗規(guī)多了特一級(jí)水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的內(nèi)力放大要求。
③異形柱規(guī)程對(duì)轉(zhuǎn)換梁的調(diào)整要求
異形柱規(guī)程3.2.5的第四條要求，對(duì)于不規(guī)則的異形柱結(jié)構(gòu)，其抗震設(shè)計(jì)應(yīng)符合對(duì)于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)時(shí)，構(gòu)件傳遞水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的地震內(nèi)力應(yīng)根據(jù)不同條件和情況乘以1.25~1.5的放大系數(shù)。
該內(nèi)力調(diào)整系數(shù)與抗震規(guī)范要求類似，均是一個(gè)范圍，但具體范圍的數(shù)值大小與抗規(guī)規(guī)范要求的1.25~2.0稍有區(qū)別。
異形柱規(guī)程附錄A中對(duì)底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的異形柱結(jié)構(gòu)提出了相關(guān)的特殊要求，底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的異形柱結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用梁；對(duì)于抗震設(shè)計(jì)時(shí)，底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的異形柱結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)換梁和轉(zhuǎn)換梁下的柱的抗震等級(jí)應(yīng)按本規(guī)程第3.3.1條相關(guān)規(guī)定提高一級(jí)采用。
另外異形柱規(guī)程中3.3.1節(jié)中給出了框架及框架—剪力墻的抗震等級(jí)，如下圖6所示。
按照上述異形柱結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中如果存在抽柱轉(zhuǎn)換，則會(huì)存在三級(jí)抗震等級(jí)的轉(zhuǎn)換梁。這種情況下需要按照規(guī)范1.25~1.5的放大系數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行內(nèi)力放大。但需要注意的是轉(zhuǎn)換梁的放大系數(shù)需要由設(shè)計(jì)師人為指定一個(gè)具體值。
3 .軟件執(zhí)行對(duì)轉(zhuǎn)換梁的相關(guān)調(diào)整
通過(guò)上述對(duì)三本規(guī)范的梳理可知，高規(guī)中對(duì)轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力放大系數(shù)值有明確的要求，其他兩本規(guī)范的水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的內(nèi)力放大系數(shù)是一個(gè)范圍，因此，程序在執(zhí)行的過(guò)程中，對(duì)于特一級(jí)、一級(jí)及二級(jí)抗震等級(jí)的轉(zhuǎn)換梁會(huì)自動(dòng)按照高規(guī)的要求執(zhí)行內(nèi)力放大。
對(duì)于三級(jí)及四級(jí)的轉(zhuǎn)換梁，即使定義了轉(zhuǎn)換梁，程序在默認(rèn)情況下是不做內(nèi)力的放大。雖然抗規(guī)和高規(guī)中均不存在三四級(jí)抗震等級(jí)的水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，但是由于異形柱規(guī)程中存在底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的異形柱結(jié)構(gòu)，該類結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)換構(gòu)件可能存在轉(zhuǎn)換構(gòu)件抗震等級(jí)為三級(jí)的情況，此時(shí)應(yīng)按照異形柱規(guī)程對(duì)其地震作用效應(yīng)進(jìn)行放大�；蛘哂行┛蚣芙Y(jié)構(gòu)中存在梁托住的情況，設(shè)計(jì)師希望將該梁定義為轉(zhuǎn)換梁并考慮一定的放大，此時(shí)需要對(duì)抗震等級(jí)三級(jí)、四級(jí)的梁做人為內(nèi)力放大。
PKPM程序?yàn)榱藞?zhí)行上述情況下三、四級(jí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件的內(nèi)力放大，提供了以下如圖7所示的選項(xiàng)供設(shè)計(jì)師自己填入相應(yīng)的放大系數(shù)，當(dāng)填寫(xiě)了轉(zhuǎn)換構(gòu)件（三、四級(jí)）的水平地震作用效應(yīng)放大系數(shù)，程序會(huì)自動(dòng)執(zhí)行內(nèi)力放大。
4 .轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力調(diào)整手工校核
① 轉(zhuǎn)換梁（特一級(jí)、一級(jí)、二級(jí)）內(nèi)力調(diào)整的自動(dòng)放大
某7度半的框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，高度大于60m，該結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層在第五層，非底部加強(qiáng)區(qū)的剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí)，框支框架的抗震等級(jí)為一級(jí)。如下圖8為該工程的3D圖及第五層轉(zhuǎn)換層的梁、柱及墻體布置情況。
計(jì)算完畢選取其中某根轉(zhuǎn)換梁的計(jì)算結(jié)果，輸出該梁的相關(guān)計(jì)算信息。圖9為該梁的位置及幾何信息，圖10為該梁輸出的相關(guān)的調(diào)整系數(shù)信息及屬性信息，圖11為該梁的單工況內(nèi)力計(jì)算結(jié)果。圖12為該梁輸出的組合內(nèi)力及配筋結(jié)果。
針對(duì)該框支轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行手工校核，從圖12框支梁結(jié)果可知，該梁I端對(duì)應(yīng)組合號(hào)為49，該組合的具體構(gòu)成情況如下圖13所示：
該轉(zhuǎn)換梁i端的彎矩組合，手工校核情況如下：
M=1.2*（856.09）+0.6*124.78-0.28*（-237.01）-1.3*（-949.88）=2403.383kN·m，
手工校核結(jié)果與軟件計(jì)算結(jié)果完全一致。
從該組合過(guò)程看好像并沒(méi)有對(duì)轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整，但實(shí)際上構(gòu)件信息中輸出的地震作用單工況內(nèi)力已經(jīng)考慮了規(guī)范調(diào)整，對(duì)該轉(zhuǎn)換梁涉及到剪重比、薄弱層及框支梁的內(nèi)力放大調(diào)整，因此，需要查看軟件中的調(diào)整前后的地震作用內(nèi)力才能看到調(diào)整過(guò)程。
圖14為該轉(zhuǎn)換梁在Y正偏心地震作用下調(diào)整前后的地震內(nèi)力比較�？芍�，調(diào)整前該轉(zhuǎn)換梁i端彎矩為-391.13kN·m，調(diào)整后彎矩為：-949.99kN·m，該梁輸出調(diào)整后的地震內(nèi)力已經(jīng)考慮了所有的調(diào)整。該梁端在地震作用下的內(nèi)力已經(jīng)考慮了薄弱層調(diào)整系數(shù)X,Y向均為1.25、剪重比調(diào)整系數(shù)Y向?yàn)?.21，轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力放大調(diào)整系數(shù)1.6。
Y向正偏心地震作用下，該轉(zhuǎn)換梁有三個(gè)調(diào)整系數(shù)，綜合調(diào)整系數(shù)為：1.25*1.21*1.6=2.42，因此，按照這個(gè)調(diào)整系數(shù)計(jì)算調(diào)整后內(nèi)力為：2.42*391.13=946.53kN·m。
（注意：由于該處剪重比調(diào)整系數(shù)是四舍五入以后的結(jié)果，實(shí)際計(jì)算的剪重比調(diào)整系數(shù)保留小數(shù)點(diǎn)后四位為：0.0237/（6080/311288.73）=1.2135。）
因此，計(jì)算調(diào)整后的內(nèi)力準(zhǔn)確值應(yīng)該為：
1.25*1.2135*1.6*391.13=949.3kN·m，與軟件計(jì)算輸出結(jié)果完全一致。
從以上的校核可以看到，對(duì)于規(guī)范要求的特一級(jí)、一級(jí)、二級(jí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件，程序會(huì)自動(dòng)考慮地震作用的內(nèi)力調(diào)整，不用人為干預(yù)放大系數(shù)。
② 轉(zhuǎn)換梁（三級(jí)、四級(jí)）內(nèi)力調(diào)整的人為指定及手工校核
同樣是上面的工程，將該轉(zhuǎn)換梁抗震等級(jí)修改為三級(jí)，程序輸出相關(guān)該梁的計(jì)算結(jié)果信息，圖15的構(gòu)件信息中顯示該轉(zhuǎn)換梁地震內(nèi)力放大系數(shù)為1.0，即該轉(zhuǎn)換梁程序不進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整。
需要注意的是只要定義了轉(zhuǎn)換梁，該梁的屬性就變?yōu)椴徽{(diào)幅梁，雖然不做轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力調(diào)整，但這與不定義轉(zhuǎn)換梁相比，配筋結(jié)果也是不同的。
如果在SATWE中“調(diào)整信息”下對(duì)該三級(jí)抗震等級(jí)的轉(zhuǎn)換梁人工定義水平地震作用效應(yīng)放大系數(shù)1.4（異形柱規(guī)程中的放大系數(shù)為1.25~1.5），如圖16所示，再查看該梁的信息輸出及配筋結(jié)果。
如圖17所示輸出了對(duì)應(yīng)該梁的屬性、抗震等級(jí)及內(nèi)力調(diào)整信息，圖18輸出了該轉(zhuǎn)換梁的組合內(nèi)力及配筋結(jié)果。
該三級(jí)抗震等級(jí)的轉(zhuǎn)換梁i端彎矩組合仍然為49號(hào)組合，該轉(zhuǎn)換梁i端Y向正偏心調(diào)整前彎矩為：391.13kN.m，該轉(zhuǎn)換梁有剪重比調(diào)整1.2135，薄弱層調(diào)整1.25及轉(zhuǎn)換構(gòu)件內(nèi)力放大系數(shù)1.4調(diào)整，綜合調(diào)整系數(shù)為：
1.25*1.2135*1.4=2.1236
調(diào)整后地震作用為：
2.1236*391.13=830.6 kN·m
該梁i端的組合內(nèi)力手工校核情況如下：
M=1.2*（856.09）+0.6*124.78-0.28*（-237.01）-1.3*（-830.6）=2248.32kN·m，
顯然，手工校核結(jié)果與軟件計(jì)算結(jié)果一致。
對(duì)于三四級(jí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件的內(nèi)力放大程序不會(huì)自動(dòng)執(zhí)行，如果人為定義了內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，程序會(huì)考慮對(duì)該梁進(jìn)行地震作用下的內(nèi)力放大。
5 .某轉(zhuǎn)換梁定義轉(zhuǎn)換梁與否配筋比較
對(duì)于特一、一級(jí)及二級(jí)抗震等級(jí)的轉(zhuǎn)換梁，定義轉(zhuǎn)換梁與否由于有內(nèi)力放大系數(shù)的差異，一般會(huì)影響配筋結(jié)果，但對(duì)于三、四級(jí)抗震等級(jí)的轉(zhuǎn)換梁，由于默認(rèn)情況下程序不做內(nèi)力的放大，定義轉(zhuǎn)換梁與否應(yīng)該不影響計(jì)算配筋。當(dāng)然，轉(zhuǎn)換梁與普通梁的構(gòu)造配筋不同。在同等的條件下，對(duì)某根梁定義轉(zhuǎn)換梁與否進(jìn)行配筋驗(yàn)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。
如圖19所示為該梁的相關(guān)基本信息，該梁抗震等級(jí)二級(jí)，內(nèi)力組合屬于地震參與組合，按照普通梁及轉(zhuǎn)換梁分別計(jì)算，結(jié)果如圖19。
通過(guò)對(duì)比普通梁和框支梁的配筋結(jié)果，可知，框支梁的配筋計(jì)算與普通梁的配筋計(jì)算很大的不同點(diǎn)是，框支梁支座受拉鋼筋的計(jì)算僅僅考慮單筋截面。普通框架梁，抗震等級(jí)一、二、三級(jí)時(shí)，都需要按照考慮受壓鋼筋的雙筋截面進(jìn)行設(shè)計(jì)。這會(huì)導(dǎo)致即使是在同等的彎矩下，框支梁支座計(jì)算的受拉配筋面積較普通梁大。同時(shí)更重要的一點(diǎn)，如果定義轉(zhuǎn)換梁，該梁就默認(rèn)為非調(diào)幅梁，不做彎矩的調(diào)幅，這會(huì)導(dǎo)致即使單工況內(nèi)力一致的情況下，若轉(zhuǎn)換梁的內(nèi)力不做放大，定義轉(zhuǎn)換梁與否也會(huì)導(dǎo)致組合內(nèi)力有別，進(jìn)而導(dǎo)致配筋產(chǎn)生微小差異。
6 .對(duì)轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力調(diào)整及配筋設(shè)計(jì)的總結(jié)
對(duì)于框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的內(nèi)力調(diào)整級(jí)配筋設(shè)計(jì)總結(jié)如下：
① 在滿足抗規(guī)、高規(guī)的情況下，由于規(guī)范中僅僅有特一級(jí)、一級(jí)及二級(jí)三種情況，程序都會(huì)按照高規(guī)要求，自動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)換梁執(zhí)行地震作用的調(diào)整。
② 對(duì)抗震等級(jí)三、四級(jí)的轉(zhuǎn)換梁，默認(rèn)情況下，程序不自動(dòng)考慮地震作用的內(nèi)力調(diào)整；如果按照異形柱規(guī)范或者人為定義了三、四級(jí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件的內(nèi)力放大系數(shù)，程序也會(huì)考慮對(duì)三、四級(jí)轉(zhuǎn)換構(gòu)件的放大。
③ 對(duì)于梁托柱的情況，有些情況下設(shè)計(jì)師定義轉(zhuǎn)換梁，雖然默認(rèn)三、四級(jí)不做地震內(nèi)力的調(diào)整，但由于轉(zhuǎn)換梁是非調(diào)幅梁，這會(huì)導(dǎo)致與不定義轉(zhuǎn)換梁相比，該梁的支座及跨中配筋會(huì)有微小變化。
④ 定義轉(zhuǎn)換梁與否，轉(zhuǎn)換梁的構(gòu)造配筋與普通梁構(gòu)造鋼筋也有區(qū)別，一般情況下轉(zhuǎn)換梁的構(gòu)造配筋大于普通梁。
⑤ 轉(zhuǎn)換梁與普通梁的配筋還有一個(gè)很大的區(qū)別，轉(zhuǎn)換梁只按照單筋截面進(jìn)行構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)，而普通的框架梁要按照規(guī)范的要求，一、二、三級(jí)按照雙筋截面進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。這導(dǎo)致同等彎矩情況下，按轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)的支座受拉鋼筋面積一般大于按普通框架梁設(shè)計(jì)的面積。
