帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

【摘要】：文章簡單介紹了轉(zhuǎn)換層的定義和功能，分析了轉(zhuǎn)換層類型選擇方法，結(jié)合工程實踐，提出了不同類型轉(zhuǎn)換層的結(jié)設(shè)計方法。

【關(guān)鍵詞】：高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計

【Abstract】:Thearticlebrieflyintroducesthedefinitionandfunctionofconversionlayers,analyzestheconversionlayertypeselectionmethod,combiningwithengineeringpractice,thispaperputsforwarddifferenttypeconversionlayersof“designmethod.

【Keywords】:highbuilding;Conversionlayers;Structuredesign

中圖分類號：TU973文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

引言

帶轉(zhuǎn)換層多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)是高層商住樓中常用的一種結(jié)構(gòu)體系。轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變和豎向構(gòu)件的不連續(xù)性，易使轉(zhuǎn)換層附近的剛度和內(nèi)力發(fā)生突變。本文結(jié)合實際工程對此種復(fù)雜高層的抗震設(shè)計談?wù)勛约旱捏w會。

1轉(zhuǎn)換層的定義和功能

因建筑物功能的需要，上部需要小開間的軸線布置，需要較多的墻體；下部則希望有盡可能大的空間，柱網(wǎng)要大，墻體要盡量少。因而，上部部分豎向桿件不能直接連續(xù)貫通落地。而通過水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與下部豎向桿件連接，這樣構(gòu)成的高層建筑稱為帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換層主要實現(xiàn)以下功能：

(1)上、下層結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換層將上部剪力墻轉(zhuǎn)換為下部的框架。這種轉(zhuǎn)換層多用于剪力墻和框架一剪力墻結(jié)構(gòu)中，以獲得較大的內(nèi)部自由空間。(2)上、下層結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)和軸線的改變轉(zhuǎn)換層上、下的結(jié)構(gòu)形式未改變，通過轉(zhuǎn)換層能使下部結(jié)構(gòu)的柱距擴(kuò)大，形成大柱網(wǎng)。這種形式常用于外框筒的下層以形成較大的出人口。（3)同時轉(zhuǎn)換上、下層結(jié)構(gòu)類型和柱網(wǎng)上部剪力墻結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)換層改變?yōu)榭蛑Ъ袅�墻結(jié)構(gòu)的同時，下部柱網(wǎng)與上部剪力墻的軸線錯開，形成上、下柱網(wǎng)不對齊的布置。

2轉(zhuǎn)換層類型本文源自如需職稱論文代寫發(fā)表請上星論文網(wǎng)!

選擇什么樣的轉(zhuǎn)換層既能滿足建筑底部大空間，上部小開間的要求，又能不失空間工作性能，是工程上十分關(guān)注的。因為在建筑結(jié)構(gòu)中如果承力構(gòu)件不連續(xù)，必然導(dǎo)致傳力路線迂回曲折，甚至造成傳力路線不明確，出現(xiàn)抗震薄弱環(huán)節(jié)。要在建筑底部、內(nèi)部形成大空間的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，可以采用梁式、桁架式、空腹桁架式、轉(zhuǎn)換拱、箱形和板式轉(zhuǎn)換層。其中梁式轉(zhuǎn)換層應(yīng)用最為普遍。它的設(shè)計原理和施工操作簡單，受力比較明確，因此廣泛應(yīng)用于底部大空間的剪力墻體系中，當(dāng)需要縱橫向同時轉(zhuǎn)換時，可以采用雙向梁的布置方式，形成箱形。

3不同類型轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)介紹與設(shè)計方法

高層建筑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)一般可分為4種基本結(jié)構(gòu)形式，即：桁架(包括空腹桁架)、箱型結(jié)構(gòu)、梁式(包括托梁和雙向梁格)、厚梁厚板(見圖1)。

圖1帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)體系

對以上4種基本結(jié)構(gòu)形式設(shè)計應(yīng)注意的問題簡要介紹如下：

3.1梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)形式是目前高層建筑中實現(xiàn)垂直轉(zhuǎn)換最常用的結(jié)構(gòu)形式，由于其傳力途徑采用墻(柱)→轉(zhuǎn)換梁→柱(墻)的形式，具有傳力直接、明確和清楚的優(yōu)點，便于工程計算、分析和設(shè)計，且造價較節(jié)省。所以梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在實際工程中應(yīng)用較廣。實際工程中轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)形式有多種多樣，從轉(zhuǎn)換梁功能上，可分為托墻和托柱；從轉(zhuǎn)換梁形式上，可分為加腋和不加腋；從轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)采用材料上，又可分為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼骨混凝土和鋼結(jié)構(gòu)等。轉(zhuǎn)換梁設(shè)計方法的選擇與其受力性能和轉(zhuǎn)換層的形式有關(guān)，現(xiàn)簡述如下：

（1）托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部普通框架時，在轉(zhuǎn)換梁常用截面尺寸范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設(shè)計方法進(jìn)行配筋計算；當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部斜桿框架時，轉(zhuǎn)換梁將承受軸向拉力，此時應(yīng)按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行截面設(shè)計。

（2）托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法宜采用深梁截面設(shè)計方法或應(yīng)力截面設(shè)計方法，且計算出的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當(dāng)分布配置。由于此時轉(zhuǎn)換梁跨中較大范圍內(nèi)的內(nèi)力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應(yīng)全部伸人支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨且開較多門窗洞或不滿跨但剪力墻的長度較大時，轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法也宜采用深梁截面設(shè)計方法或應(yīng)力截面設(shè)計方法，縱向鋼筋的布置則沿梁下部適當(dāng)分布配置，且底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應(yīng)全部伸入支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體為小墻肢時，轉(zhuǎn)換梁基本上可按普通梁的截面設(shè)計方法進(jìn)行配筋計算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉(zhuǎn)換梁的底部。轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)形式有很多種，目前高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的實際工程應(yīng)用也很多。一般而言，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的分析必須按施工模擬，使用各階段及施工實際支撐情況分別進(jìn)行計算，以反映結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的真實情況。施工過程中的力學(xué)問題應(yīng)引起設(shè)計人員和施工人員的高度重視。

3.2桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)形式是由梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層變化而來的，整個轉(zhuǎn)換層由多榀鋼筋混凝土桁架組成承重結(jié)構(gòu)，桁架的上下弦桿分別設(shè)在轉(zhuǎn)換層的上下樓面的結(jié)構(gòu)層內(nèi)，層間設(shè)有腹桿。由于桁架高度較高，所以下弦桿的截面尺寸相對較小。桁架分為空腹桁架和實腹桁架2種，它可以是鋼桁架，也可以是鋼筋混凝土桁架，在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)中常用鋼筋混凝土桁架�！皬�(qiáng)斜腹桿，強(qiáng)節(jié)點”是桁架轉(zhuǎn)換層的基本設(shè)計原則，而節(jié)點的受力復(fù)雜，容易發(fā)生剪切破壞，造成配筋過多。桁架轉(zhuǎn)換式通常要求高度在3m以上，否則斜壓桿件易形成超短柱，地震作用下容易產(chǎn)生脆性破壞。桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計方法簡述如下：

桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可以采用ANSYS和TAT來進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析，除應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)整體的位移、變形、抗傾覆、周期等要求外，還應(yīng)滿足(JGJ3201*)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中附錄E中規(guī)定的轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比的要求。

相對其他結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)換層而言，桁架轉(zhuǎn)換層比梁式轉(zhuǎn)換層和厚轉(zhuǎn)換層在受力上更加合理，在轉(zhuǎn)換層位置受到的剪力和彎矩就比較小，有利于構(gòu)件截面尺寸的控制，不會造成很大的剛度集中。在地震作用下，不會造成應(yīng)力的集中，有利于結(jié)構(gòu)抗震。其次在桁架轉(zhuǎn)換層上部的結(jié)構(gòu)所受到的剪力和彎矩相對其他的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)來說也較小，其受力受下部轉(zhuǎn)換層的影響較小，比較合理。由于桁架轉(zhuǎn)換層的重量相對其他轉(zhuǎn)換層的重量要小，從而減小了下部框架柱的抗壓負(fù)荷。

3.3箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)形式即單向托梁、雙向托梁如果連同上下層較厚的樓板共同工作，可以形成剛度很大的箱形轉(zhuǎn)換層。它的優(yōu)點是轉(zhuǎn)換層本身的整體性很好，當(dāng)轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)布置較復(fù)雜時，仍能夠保證上下豎向構(gòu)件的有效傳力。但從建筑上來看，它直接占用了整個樓層的使用面積，使得該樓層通常只能作為設(shè)備層使用。同時，轉(zhuǎn)換層內(nèi)部的剪力墻與設(shè)備布置、管線布置常常發(fā)生沖突。其缺點是自重大、造價高等。從結(jié)構(gòu)分析角度考慮，其內(nèi)力分析復(fù)雜、結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工難度都較大，因此在實際工程中應(yīng)用較少。

3.4厚板厚梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

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帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

【摘要】在高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)計中，須根據(jù)工程本身特點和驗算中受力狀態(tài)的不明確等因素，選擇科學(xué)合理的設(shè)計方案，確保方案設(shè)計的全面性、科學(xué)性，減少施工的風(fēng)險和難度。本文介紹了轉(zhuǎn)換層型式的類型及特點，分析研究了帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：s611文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：

由于高層建筑結(jié)構(gòu)下部樓層受力很大，上部樓層受力較小，正常的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)是下部剛度大，墻體多、柱網(wǎng)密，到上部漸漸減少墻、柱的數(shù)量，以擴(kuò)大柱網(wǎng)。這樣，結(jié)構(gòu)的正常布置與建筑功能對空間的要求正好相反。因此，為滿足建筑功能的要求，結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行“反常規(guī)設(shè)計”，即將上部布置小空間，下部布置大空間；上部布置剛度大的剪力墻，下部布置剛度小的框架柱。為了實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)布置，就必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)計水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，即轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。一、轉(zhuǎn)換層型式的類型及特點

轉(zhuǎn)換層根據(jù)建筑功能的需要,可作為正常使用的樓層,但此時應(yīng)有較大的層高作保證;在層高受限制或設(shè)備專業(yè)需要時,也可專門作為設(shè)備層。在結(jié)構(gòu)型式上,轉(zhuǎn)換層可分為以下幾種類型:1、梁式轉(zhuǎn)換層

一般運(yùn)用于底部大空間的框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。它是將上部剪力

墻落在框支梁上,再由框支柱支撐框支梁的結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)需要縱橫向同時轉(zhuǎn)換時,則采用雙向梁布置。梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計和施工均較為簡單,傳力較為明確,是目前應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換型式。它的缺點在于,當(dāng)上下軸線錯位布置時,需增設(shè)較多的轉(zhuǎn)換次梁,空間受力較為復(fù)雜,此時應(yīng)對框支主梁進(jìn)行應(yīng)力分析。2、箱式轉(zhuǎn)換層

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁截面過大時,設(shè)一層樓板已不能滿足平面內(nèi)樓板剛度無限大的假定。為了使理論假定與實際相符,可在轉(zhuǎn)換梁梁頂與梁底同時設(shè)一層樓板,形成一個箱形梁。箱形梁轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),一般宜遍布全層設(shè)置,且宜沿建筑周邊環(huán)通構(gòu)成“箱子”,即箱式轉(zhuǎn)換層。箱式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)點在于,轉(zhuǎn)換梁的約束強(qiáng),剛度大,整體工作效果好,上下部傳力較為均勻,并且建筑功能上還可將其作為“設(shè)備層”;缺點是轉(zhuǎn)換梁梁中開設(shè)備洞較多,施工復(fù)雜,且造價較高。3、厚板式轉(zhuǎn)換層

當(dāng)上下柱網(wǎng)錯位較多,難以用梁直接承托時,則需做成厚板,即板式轉(zhuǎn)換層。厚板的厚度可根據(jù)柱網(wǎng)尺寸、上部結(jié)構(gòu)荷載綜合而定。板式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)勢在于,下部柱網(wǎng)受上部結(jié)構(gòu)布局影響較小,可靈活布置。厚板剛度很大,形成一個承臺,整體性較好,而且施工也較為便捷。但由于厚板自重很大,地震作用也大,容易產(chǎn)生震害。并且材料耗用多,經(jīng)濟(jì)性也較差。4、桁架式轉(zhuǎn)換層

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