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高层建筑中转换层结构设计

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浅谈高层建筑中转换层结构设计 摘 要:转换层因受力复杂,抗震能力弱,一直未被广泛应用。 但随着高层建筑的不断增多和计算机硬件及软件的迅速发展,转换 层结构的计算理论及方法也日趋完善,转换层的应用也越来越多。 关键词: 高层建筑;转换层;结构设计 中图分类号:[tu208.3] 文献标识码:a 文章编号: 对于带转换层高层建筑结构体系,必须认真作好概念设计工作, 分析总结结构特点和结构难点,作出合理结构布置,建立较为简洁、 可靠且符合实际的结构计算模型。对重要部位和薄弱部位应从计算 调整和构造措施两方面加强,保证其有足够的承载力和延性要求; 并对结构重要部位采取相应的加强处理措施。 1 转换层的作用 1.1 转换上、下层的结构类型 在高层建筑中,因为其特殊的功能要求,所以上面部分是剪力墙 结构,而下面部分则是框架结构,所以转换层的一个主要的作用就 是对这两种结构进行转换,这样才可以使下部获得比较大的自由使 用空间。 1.2 改变上、下层结构的轴线和柱网 现代的高层建筑通常是商住两用的模式,所以三层以下作为商 用部分,需要空间大,墙体少,还需要有比较大的出入口,那么在转 换层上、下的结构形式没有改变的情况下,就需要通过转换层来使 建筑的下面部分结构的柱距变大,形成比较大的柱网,这样才可以 形成比较大的出入口,以满足商业需要。 1.3 转换上、下层的结构类型和柱网 高层建筑的上部的剪力墙结构可以通过转换层来改变成框支剪 力墙的结构,同时,下部的柱网和上部的剪力墙的轴线相互错开,可 以形成上、下柱网不对齐的布置形式。 2 带转换层的高层建筑结构设计要求 2.1 减少转换 高层建筑的一个主要特点就是高,所以其自身的重量比较大,导 致高层建筑的下部的框架受力集中,容易引起应力变形。 2.2 传力直接 在布置转换层的上下主体的竖向结构的时候,要尽量使水*的 转换结构直接传力,避免多级复杂的转换,慎重使用传力比较复杂、 对抗震不利的*厚板的转换形式,如果上、下柱网实在没有办法对 齐的话,可以采用箱形的转换形式。 2.3 弱化上部、强化下部 针对带转换层的剪力墙结构或者筒体结构,可以采取下面措施 来强化下部结构:加大筒体以及落地墙的厚度、提高混凝土的强度 等级、必要的时候可以在房屋的周边增加设计部分的剪力墙、壁式 框架或者楼梯间的筒体、提高抗震的能力。还可以采取在不落地的 剪力墙上开洞、开口或者减小墙体厚度等措施来弱化上部。 2.4 优化转换结构 在进行抗震设计的时候,由于建筑功能的要求,如果不得不进行 高位转换的时候,应该优先选择不易引起地震作用的下框支柱柱顶 弯矩比较大、柱剪力比较大的结构形式。 2.5 计算全面细致 首先,建筑单位要对高层建筑中的转换层结构足够的重视,把转 换层结构当做整体结构中一个非常重要的组成部分,运用符合实际 的受力变形状态的计算模型来进行三维空间的整体结构分析计算, 必要的时候可以采用有限元的方法对转换层的结构进行局部的补 充计算。 3 高层建筑转换层的类型和结构设计 3.1 梁式转换层的结构设计 (1)结构特点 梁式转换层的结构设计的传力途径是采用墙(柱)→转换梁→柱 (墙)的形式,所以其特点是:传力明确、直接、便于工程的计算、分 析和设计,而且造价比较节省。所以,这种结构形式是目前在高层建 筑中使用最广泛的一种。 (2)设计方法 第一,托柱形式转换的梁截面设计。当转换梁承托上部的普通框 架的时候,在转换梁常用的截面尺寸的范围内,转换梁在受力上基 本和普通梁一样,可以按照普通梁的截面设计方法进行计算;如果 转换梁承托的上部是斜杆框架,转换梁就会承受轴向的拉力,这时 候应该按照偏心受拉构件来进行截面设计。 第二,托墙形式的转换梁的截面设计。如果转换梁承托的上部墙 体满跨而且不开洞的话,转换梁和上部墙体就会共同工作,它的受 力特征和破坏形态表现为深梁,这时转换梁的截面设计方法最好采 用深梁的截面设计方法或者应力截面的设计方法,而且计算出的纵 向钢筋应该沿着全梁高来适当的分布配置。 3.2 桁架式转换的结构设计 (1)结构特点 桁架式转换结构形式是根据梁式结构转换层演变而来的,其结 构特点是:整个转换层的承重结构是由多榀钢筋混凝土桁架组成, 而桁架的上、下弦杆分别设置在转换层的上、下楼面的结构层内部, 楼层之间设有腹杆。因为桁架高度比较高,所以其下弦杆的截面尺 寸比较小。 (2)设计方法 桁架式的转换结构在进行整体结构的内力分析上可以采用 ansys 和 tat,除了应该满足结构整体的位移、抗倾覆、变形、周期 等要求之外,还应该满足(jgj3—2010)《高层建筑混凝土结构技术 规程》中的附录 e 中的关于转换层上、下结构侧向刚度比的要求。 和其他结构形式相比较,桁架转换层在受力上更合理,在转换层的 位置受到的弯矩和剪力都比较小,这对构件截面尺寸的控制非常有 利,不会造成比较大的刚度集中。在地震的作用下,也不会造成应力 的集中,抗震效果比较好。 3.3 厚板厚梁式转换结构的设计 (1)结构特点 当建筑结构的上、下柱网的轴线错开的比较多,很难用梁直接承 托的时候,则需要做成厚板,形成一个比较厚的承台来进行转换。板 式转换层的特点是下柱网的布置灵活、不需要和下层结构对齐。其 主要缺点是:自重比较大,材料耗用比较多。 (2)设计方法 带有厚板转换层的高层建筑可以采用三维空间的分析程序,例 如 tbsa,satwe,tat 等 ,来进行整体结构的内力分析。厚板的内力 方面的分析:转换板的边界形状较不规则,荷载分布与支撑条件比 较复杂,通常需采用有限单元的方法进行详细的应力分析。 3.4 搭接柱转换结构的设计方法 (1)结构特点 搭接柱的转换结构是一种比较新颖的转换结构体系,马来西亚 吉隆坡的城市中心(92 层,452m)、上 海 的 金 茂 大 厦 (88 层,421m)和北京的中国银行大厦地下室都采用了这种结构体系。其 特点是:混凝土用料比较少、造价较低、自重比较小,转换层的本层 的建筑空



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