帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【摘要】：文章簡(jiǎn)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(shí)踐，提出了不同類型轉(zhuǎn)換層的結(jié)設(shè)計(jì)方法。

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

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

【Keywords】:highbuilding;Conversionlayers;Structuredesign

中圖分類號(hào)：TU973文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

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(shí)際工程對(duì)此種復(fù)雜高層的抗震設(shè)計(jì)談?wù)勛约旱捏w會(huì)。

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(kāi)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(guò)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(shí)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(guò)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(shí)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(guò)轉(zhuǎn)換層改變?yōu)榭蛑Ъ袅�墻結(jié)構(gòu)的同時(shí)，下部柱網(wǎng)與上部剪力墻的軸線錯(cuò)開(kāi)，形成上、下柱網(wǎng)不對(duì)齊的布置。

2轉(zhuǎn)換層類型本文源自如需職稱論文代寫(xiě)發(fā)表請(qǐng)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(kāi)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?yàn)樵诮ㄖ�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(jì)原理和施工操作簡(jiǎn)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(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)，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(jì)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(jiàn)圖1)。

圖1帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)體系

對(duì)以上4種基本結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題簡(jiǎn)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(shí)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(diǎn)，便于工程計(jì)算、分析和設(shè)計(jì)，且造價(jià)較節(jié)省。所以梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中應(yīng)用較廣。實(shí)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(jì)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(jiǎn)述如下：

（1）托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部普通框架時(shí)，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(jì)方法進(jìn)行配筋計(jì)算；當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部斜桿框架時(shí)，轉(zhuǎn)換梁將承受軸向拉力，此時(shí)應(yīng)按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。

（2）托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開(kāi)洞時(shí)，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(shí)轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法宜采用深梁截面設(shè)計(jì)方法或應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法，且計(jì)算出的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當(dāng)分布配置。由于此時(shí)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?cái)嗪蛷澠�，�?yīng)全部伸人支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨且開(kāi)較多門(mén)窗洞或不滿跨但剪力墻的長(zhǎng)度較大時(shí)，轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法也宜采用深梁截面設(shè)計(jì)方法或應(yīng)力截面設(shè)計(jì)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?cái)嗪蛷澠�，�?yīng)全部伸入支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體為小墻肢時(shí)，轉(zhuǎn)換梁基本上可按普通梁的截面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配筋計(jì)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(shí)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(shí)際支撐情況分別進(jìn)行計(jì)算，以反映結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的真實(shí)情況。施工過(guò)程中的力學(xué)問(wèn)題應(yīng)引起設(shè)計(jì)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(lái)的，整個(gè)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(duì)較小。桁架分為空腹桁架和實(shí)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。“強(qiáng)斜腹桿，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”是桁架轉(zhuǎn)換層的基本設(shè)計(jì)原則，而節(jié)點(diǎn)的受力復(fù)雜，容易發(fā)生剪切破壞，造成配筋過(guò)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(jì)方法簡(jiǎn)述如下：

桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可以采用ANSYS和TAT來(lái)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(duì)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(huì)造成很大的剛度集中。在地震作用下，不會(huì)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(duì)其他的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)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(duì)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(diǎn)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(shí)，仍能夠保證上下豎向構(gòu)件的有效傳力。但從建筑上來(lái)看，它直接占用了整個(gè)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(shí)，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(diǎn)是自重大、造價(jià)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(jì)及施工難度都較大，因此在實(shí)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(jì)

【摘要】在高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中，須根據(jù)工程本身特點(diǎn)和驗(yàn)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(jì)方案，確保方案設(shè)計(jì)的全面性、科學(xué)性，減少施工的風(fēng)險(xiǎn)和難度。本文介紹了轉(zhuǎn)換層型式的類型及特點(diǎn)，分析研究了帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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

中圖分類號(hào)：s611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：

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(duì)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(jì)”，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(shí)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(jì)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(diǎn)

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(shí)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(shí),也可專門(mén)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(shí)轉(zhuǎn)換時(shí),則采用雙向梁布置。梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)和施工均較為簡(jiǎn)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(diǎn)在于,當(dāng)上下軸線錯(cuò)位布置時(shí),需增設(shè)較多的轉(zhuǎn)換次梁,空間受力較為復(fù)雜,此時(shí)應(yīng)對(duì)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(guò)大時(shí),設(shè)一層樓板已不能滿足平面內(nèi)樓板剛度無(wú)限大的假定。為了使理論假定與實(shí)際相符,可在轉(zhuǎn)換梁梁頂與梁底同時(shí)設(shè)一層樓板,形成一個(gè)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(diǎn)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(diǎn)是轉(zhuǎn)換梁梁中開(kāi)設(shè)備洞較多,施工復(fù)雜,且造價(jià)較高。3、厚板式轉(zhuǎn)換層

當(dāng)上下柱網(wǎng)錯(cuò)位較多,難以用梁直接承托時(shí),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(shì)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(gè)承臺(tái),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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