题目：拱式转换梁的提出与工作性能分析

转换层作为一种上、下层结构转换，或上、下层柱网、轴线转换的水平结构，起着承托上部楼层竖向荷载，并将其传给框支柱的重大作用。当承托上部楼层很多，跨度很大时，若采用常见的普通转换大梁作为水平转换构件，难免使截面设计得很大，甚至其截面设计在理论上可以实现，但实际实施中却不可行。本文就此存在的问题提出一种新型转换结构——拱式转换梁，即由承托上部楼层荷载的拱肋和主要平衡拱肋产生的水平推力的系杆构成。拱式转换梁根据拱的受力特点改变上部竖向荷载的传递路径，将转换构件的截面设计由普通转换大梁受弯矩和剪力控制变为拱式转换梁受轴压力控制，和系杆受轴拉力控制，充分利用材料的受压性能，使截面相应减小，自重减轻，同时还可以使得转换层的采光、通风得以改善，空间得以利用。拱式转换梁实际上是将系杆拱结构用于高层建筑结构中，而根据系杆拱结构中拱肋与系杆的刚度比的不同，可以有相应的几种不同的形式，即刚性系杆刚性拱式转换梁、柔性系杆刚性拱式转换梁、刚性系杆柔性拱式转换梁等。本文采用大型有限元分析软件ANSYS对这三种拱式转换梁结构与普通转换大梁结构用于相同的框架结构中作静力对比分析，得出拱式转换结构在截面尺寸、同上下部框架共同工作及对整个结构沿竖向抗侧移刚度的影响等方面的优势。并对托墙式拱式转换梁与其上部墙体间的共同工作情况，作局部分析比较，研究上部墙体在这两种转换形式的结构中的应力分布有何区别，主要得出拱式转换梁与其上部结构间的共同工作规律。本文还采用ANSYS作三维建模，重点研究框支剪力墙结构中，拱式转换梁与普通转换大梁在地震荷载下的工作情况，得出前者对整个结构在转换层及附近楼层的抗侧刚度的突变影响较后者小，而结构剪力分配在转换层及附近楼层的突变也是前者较后者小，转换层处楼板位移变形是前者较后者均匀等，充分说明拱式转换梁较普通转换大梁更适合用于抗震要求高的建筑中。