帶轉換層的高層建筑結構設計

帶轉換層的高層建筑結構設計

【摘要】：文章簡單介紹了轉換層的定義和功能，分析了轉換層類型選擇方法，結合工程實踐，提出了不同類型轉換層的結設計方法。

【關鍵詞】：高層建筑；轉換層；結構設計

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

【Keywords】:highbuilding;Conversionlayers;Structuredesign

中圖分類號：TU973文獻標識碼：A文章編號：

引言

帶轉換層多塔樓高層建筑結構是高層商住樓中常用的一種結構體系。轉換層上下結構體系的轉變和豎向構件的不連續(xù)性，易使轉換層附近的剛度和內力發(fā)生突變。本文結合實際工程對此種復雜高層的抗震設計談談自己的體會。

1轉換層的定義和功能

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。而通過水平轉換結構與下部豎向桿件連接，這樣構成的高層建筑稱為帶轉換層的高層建筑結構。轉換層主要實現(xiàn)以下功能：

(1)上、下層結構類型轉換轉換層將上部剪力墻轉換為下部的框架。這種轉換層多用于剪力墻和框架一剪力墻結構中，以獲得較大的內部自由空間。(2)上、下層結構柱網(wǎng)和軸線的改變轉換層上、下的結構形式未改變，通過轉換層能使下部結構的柱距擴大，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)同時轉換上、下層結構類型和柱網(wǎng)上部剪力墻結構通過轉換層改變?yōu)榭蛑Ъ袅�墻結構的同時，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，是工程上十分關注的。因為在建筑結構中如果承力構件不連續(xù)，必然導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、內部形成大空間的結構轉換層，可以采用梁式、桁架式、空腹桁架式、轉換拱、箱形和板式轉換層。其中梁式轉換層應用最為普遍。它的設計原理和施工操作簡單，受力比較明確，因此廣泛應用于底部大空間的剪力墻體系中，當需要縱橫向同時轉換時，可以采用雙向梁的布置方式，形成箱形。

3不同類型轉換層的結構介紹與設計方法

高層建筑轉換結構一般可分為4種基本結構形式，即：桁架(包括空腹桁架)、箱型結構、梁式(包括托梁和雙向梁格)、厚梁厚板(見圖1)。

圖1帶轉換層高層建筑結構體系

對以上4種基本結構形式設計應注意的問題簡要介紹如下：

3.1梁式轉換層結構

該結構形式是目前高層建筑中實現(xiàn)垂直轉換最常用的結構形式，由于其傳力途徑采用墻(柱)→轉換梁→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、分析和設計，且造價較節(jié)省。所以梁式轉換層結構在實際工程中應用較廣。實際工程中轉換梁的結構形式有多種多樣，從轉換梁功能上，可分為托墻和托柱；從轉換梁形式上，可分為加腋和不加腋；從轉換梁結構采用材料上，又可分為鋼筋混凝土、預應力混凝土、鋼骨混凝土和鋼結構等。轉換梁設計方法的選擇與其受力性能和轉換層的形式有關，現(xiàn)簡述如下：

（1）托柱形式轉換梁截面設計

當轉換梁承托上部普通框架時，在轉換梁常用截面尺寸范圍內，轉換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設計方法進行配筋計算；當轉換梁承托上部斜桿框架時，轉換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構件進行截面設計。

（2）托墻形式轉換梁截面設計

當轉換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉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，此時轉換梁截面設計方法宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，且計算出的縱向鋼筋應沿全梁高適當分布配置。由于此時轉換梁跨中較大范圍內的內力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸人支座。當轉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，轉換梁截面設計方法也宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，縱向鋼筋的布置則沿梁下部適當分布配置，且底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸入支座。當轉換梁承托上部墻體為小墻肢時，轉換梁基本上可按普通梁的截面設計方法進行配筋計算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉換梁的底部。轉換梁的結構形式有很多種，目前高層建筑轉換層結構的實際工程應用也很多。一般而言，高層建筑轉換層結構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行計算，以反映結構內力和變形的真實情況。施工過程中的力學問題應引起設計人員和施工人員的高度重視。

3.2桁架式轉換結構

該結構形式是由梁式結構轉換層變化而來的，整個轉換層由多榀鋼筋混凝土桁架組成承重結構，桁架的上下弦桿分別設在轉換層的上下樓面的結構層內，層間設有腹桿。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構中常用鋼筋混凝土桁架�！皬娦备箺U，強節(jié)點”是桁架轉換層的基本設計原則，而節(jié)點的受力復雜，容易發(fā)生剪切破壞，造成配筋過多。桁架轉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。桁架式轉換結構設計方法簡述如下：

桁架式轉換結構可以采用ANSYS和TAT來進行整體結構的內力分析，除應滿足結構整體的位移、變形、抗傾覆、周期等要求外，還應滿足(JGJ3201*)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中附錄E中規(guī)定的轉換層上下結構側向剛度比的要求。

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

3.3箱型轉換結構

該結構形式即單向托梁、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換層。它的優(yōu)點是轉換層本身的整體性很好，當轉換層上部結構布置較復雜時，仍能夠保證上下豎向構件的有效傳力。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備層使用。同時，轉換層內部的剪力墻與設備布置、管線布置常常發(fā)生沖突。其缺點是自重大、造價高等。從結構分析角度考慮，其內力分析復雜、結構設計及施工難度都較大，因此在實際工程中應用較少。

3.4厚板厚梁式轉換結構

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帶轉換層的高層建筑結構設計

【摘要】在高層建筑轉換層設計中，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，選擇科學合理的設計方案，確保方案設計的全面性、科學性，減少施工的風險和難度。本文介紹了轉換層型式的類型及特點，分析研究了帶轉換層的高層建筑結構設計要點。

【關鍵詞】轉換層高層建筑結構設計

中圖分類號：s611文獻標識碼：a文章編號：

由于高層建筑結構下部樓層受力很大，上部樓層受力較小，正常的結構布置應是下部剛度大，墻體多、柱網(wǎng)密，到上部漸漸減少墻、柱的數(shù)量，以擴大柱網(wǎng)。這樣，結構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，結構必須進行“反常規(guī)設計”，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)這種結構布置，就必須在結構轉換的樓層設計水平轉換構件，即轉換層結構。一、轉換層型式的類型及特點

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

一般運用于底部大空間的框支剪力墻結構體系。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構體系。當需要縱橫向同時轉換時,則采用雙向梁布置。梁式轉換層的設計和施工均較為簡單,傳力較為明確,是目前應用最為廣泛的轉換型式。它的缺點在于,當上下軸線錯位布置時,需增設較多的轉換次梁,空間受力較為復雜,此時應對框支主梁進行應力分析。2、箱式轉換層

當轉換梁截面過大時,設一層樓板已不能滿足平面內樓板剛度無限大的假定。為了使理論假定與實際相符,可在轉換梁梁頂與梁底同時設一層樓板,形成一個箱形梁。箱形梁轉換結構,一般宜遍布全層設置,且宜沿建筑周邊環(huán)通構成“箱子”,即箱式轉換層。箱式轉換層的優(yōu)點在于,轉換梁的約束強,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“設備層”;缺點是轉換梁梁中開設備洞較多,施工復雜,且造價較高。3、厚板式轉換層

當上下柱網(wǎng)錯位較多,難以用梁直接承托時,則需做成厚板,即板式轉換層。厚板的厚度可根據(jù)柱網(wǎng)尺寸、上部結構荷載綜合而定。板式轉換層的優(yōu)勢在于,下部柱網(wǎng)受上部結構布局影響較小,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)濟性也較差。4、桁架式轉換層

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