​原創作者：鲲鵬

在超限報告中，轉換梁（節點）的有限元分析，目前幾乎成為一個必選項。這篇文章就來簡單談談這個問題。

1、轉換梁的分類

根據轉換梁上部牆體的不同長度與分布位置，轉換梁可以分為如下四類：

1）滿跨牆體轉換梁

2）部分牆體支承在框支柱上的轉換梁

3）部分牆體位于框支柱淨跨内的轉換梁

4）跨中作用柱的轉換梁

根據剪力牆在轉換梁上開洞情況的不同，又可分為開門洞牆轉換梁和開窗洞牆轉換梁。

2、轉換梁的受力特點

1)滿跨牆體轉換梁

轉換梁上部牆體與轉換梁有較強的協同作用，截面中和軸上移，轉換梁截面拉力較大，甚至出現全截面受拉。

受力特征為梁跨中大部分偏心受拉，但梁跨中彎矩遠小于按框架法計算得到的彎矩值，而梁端彎矩值則比框架法計算的更小，梁端剪力也比框架法的計算值相應減小。

轉換梁跨中上部牆體處于明顯地受壓應力狀态，上部牆體作為轉換梁受壓區的一部分與轉換梁一起抵抗外彎矩的作用。

轉換梁上部靠近支座附近的牆體有較大的剪應力，這是由于跨中牆體一部分支撐在框支柱上，其餘部分支撐在轉換梁上，這兩部分牆體間的相對位移引起支座附近牆體的剪應力。

這種轉換梁，截面受拉區域較大，甚至全截面受拉，因此規範規定，除了按結構分析配置鋼筋外，尚應加強梁跨中區段頂面縱筋及兩側面腰筋的最低構造配筋。

2)部分跨牆體支撐在框支柱上的轉換梁

在轉換梁上部靠近支座附近的牆體内有較大的剪應力，這是由于支座附近的相對位移差引起的。

如果牆體較長，剪力牆與轉換梁受力協同，轉換梁受力特性與滿跨牆體轉換梁相近。

S12剪應力

轉換梁承受較大剪力，開洞會對轉換梁的受力造成很大影響，尤其是轉換梁端部剪力最大的部位開洞的影響更加不利，因此規範規定，洞口邊離開支座柱邊的距離不宜小于梁截面高度。

框支梁上牆體開有邊門洞時，往往形成小牆肢，此小牆肢的應力集中尤為突出，而邊門洞部位框支梁應力急劇加大。在水平荷載作用下，上部有邊門洞框支梁的彎矩和剪力約為上部無邊門洞框支梁的3倍。

因此，除小牆肢應加強外，邊門洞牆邊部位對應的框支梁的抗剪能力也應加強，箍筋應加密配置。當洞口靠近梁端且剪壓比不滿足規定時，也可采用梁端加腋提高其抗剪承載力，并加密箍筋。

3)部分跨牆體僅位于框支柱淨跨中的轉換梁

當部分牆體位于轉換梁淨跨中時，牆長對轉換梁與上部牆體是否共同作用起關鍵作用。

承受開門洞牆體的轉換梁受力特性與多牆肢作用于轉換梁特性一緻，當單牆肢長度不大于0.25倍的轉換梁跨度時，可不考慮轉換梁與牆體的共同工作；否則應考慮轉換梁與牆體的共同工作。

承受開窗洞的轉換梁，當窗台高度大于轉換層上層層高的1/3時，一般要考慮轉換梁與上部牆體共同工作。當牆肢總長不大于0.25倍轉換梁跨度時，可不考慮轉換梁與牆體的共同工作；否則應考慮。

4)僅跨中作用柱的轉換梁

不論跨度多大，對僅作用柱的轉換梁截面内力，按框架計算得到的結果與實際結構考慮上部牆體作用的有限元計算結果較接近。

采用框架法與有限元法計算得到的梁跨中各截面軸向力都很小，而且大多數是壓力，轉換梁處于顯著的受彎作用狀态。

托柱轉換梁的托柱部位承受較大的剪力和彎矩，規範規定，梁上托柱柱邊兩側各1.5倍轉換梁高度範圍箍筋應加密。

對托柱轉換梁，在轉換層尚宜設置承擔正交方向柱底彎矩的樓面梁或框架梁，避免轉換梁承受過大的扭矩作用。

3、轉換梁的分析方法

轉換梁的計算分析，一般可選用殼元或實體元。如果隻是粗略分析，可采用SAP2000（ETABS）或MIDAS中的殼元模型；如果需要精細分析，可采用ABAQUS或ANASYS中的實體模型，且應考慮鋼筋或鋼骨的作用。

轉換梁的材料本構，可采用彈性本構或彈塑性本構，但如果要得到鋼筋或鋼骨相對真實的應力，建議采用彈塑性本構。多個項目顯示，采用彈性本構，計算得到的鋼筋或鋼骨應力往往偏小。

轉換梁或節點的分析模型，可采用整體模型，也可采用局部模型，相對來說，采用局部模型的邊界條件對計算結果有一定影響。

4、規範加強措施

針對轉換結構，《高規》10.2節給出了很多驗算要求和加強措施，需要特别注意的主要有如下三條：

1）《高規》10.2.6條，部分框支剪力牆結構轉換層的位置設置在3層及3層以上時，框支柱、落地剪力牆的底部加強部位的抗震等級提高一級（抗震構造措施），對托柱轉換結構，可不提高。

2）《高規》10.2.22條，由于在豎向及水平荷載作用下，框支梁上部的牆體在多個部位會出現較大的應力集中，這些部位的剪力牆容易發生破壞，因此規範給出了相應的加強措施。

3）《高規》10.2.24條，部分框支剪力牆結構中，框支轉換層樓闆是重要的傳力構件，不落地剪力牆的剪力需要通過轉換層樓闆傳遞到落地剪力牆，規範給出了轉換層樓闆的剪力驗算公式。

參考文獻：《轉換梁上部牆體受力特點及設計計算方法的研究》，魏鍊，王森；

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