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序論:在您撰寫高層建筑的結構設計時,參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野,小編為您整理的7篇范文,希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情,引導您走向新的創(chuàng)作高度。
引言
隨著高層建筑的迅速發(fā)展,能夠滿足高層建筑的形式、材料、力學分析模型日趨復雜,結構體系更加多樣化,高層建筑的結構設計成為結構工程師設計工作的重點和難點。本文就高層建筑結構設計與施工進行分析,供參考。
1高層建筑設計基本要求
1.結構的規(guī)則性。(1) 高層建筑的結構體系尚宜符合下列要求:1) 宜具有多道抗震防線;2) 結構的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布,避免因局部突變和扭轉效應而形成薄弱部位;3)結構在兩個方向的動力特性宜相近。(2) 不應采用嚴重不規(guī)則的結構體系。建筑設計應符合抗震概念設計的要求,高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的結構體系,應符合下列要求:1) 應避免因部分結構或構件的破壞而導致整個結構喪失承受重力荷載、風荷載和地震作用的能力;2)應具有必要的承載能力、剛度和變形能力;3)對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應采取有效的加強措施。
2.規(guī)則結構的主要特征:建筑及其抗側力結構的平面布置宜規(guī)則、對稱,剛度和承載力分布均勻,具有較好的抗扭剛度和整體性??拐鹪O防的建筑結構豎向布置應使體型規(guī)則、均勻,避免有較大的內斂和外挑,結構的承載力和剛度宜自下而上逐漸減小,避免抗側力結構的承載力和側向剛度突變。
3.規(guī)則結構布置需滿足的要求:結構布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載,受力明確,傳力直接,力爭均勻對稱,減少扭轉的影響。在地震作用下,建筑平面要力求簡單規(guī)則,僅在風荷載作用下則可適當放寬??拐鹪O計的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結構高層建筑,其布置更應簡單、規(guī)則,減少偏心[1][2]。
2 高層建筑的設計
1.結構選型:對于高層結構而言,在工程設計的結構選型階段,結構工程師應該注意以下幾點。(1)房屋的適用高度和高寬比滿足規(guī)范要求。規(guī)范中對結構的總高度有嚴格的限制,因此,必須對結構的該項控制因素嚴格注意,一旦結構為B級高度建筑或超過了B級高度,其設計方法和處理措施將有較大的變化。(2)合理選擇結構體系。高層建筑結構布置應力求簡單、規(guī)則、對稱,避免應力集中的凹角和狹長的縮頸部位;避免在凹角和端部設置樓電梯間;避免樓電梯間位置偏置,以免產生扭轉的影響。(3)短肢剪力墻的設置問題。短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻。對于短肢剪力墻結構,雖然有利于住宅建筑布置,也可減輕結構自重,但在高層住宅中,剪力墻墻肢不宜太短,因為短肢剪力墻的抗震性能較差,地震區(qū)應用經(jīng)驗不多,為安全起見,高層建筑結構不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構。
2. 結構分析與計算:在結構計算與分析階段,如何準確、高效地對工程進行內力分析并按照規(guī)范要求進行設計和處理,是決定工程設計質量好壞的關鍵?!陡邔咏ㄖ炷两Y構技術規(guī)程》對結構整體計算和分析進行了詳細的闡述。因此,對這一階段比較常見的問題應該有一個清晰的認識。
3. 抗震分析與設計在高層建筑的應用:我國現(xiàn)行規(guī)范要求高層建筑的抗震計算主要是在多遇地震作用下,按反應譜理論計算地震作用,用彈性方法計算內力及位移。一般情況下按建筑結構的兩個主軸方向分別考慮水平地震作用計算;有斜交抗側力構件的結構,當相交角度大于15°時,應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用。質量與剛度明顯不均勻、不對稱,可能產生顯著扭轉的結構應計算雙向水平地震作用產生的扭轉影響。8度、9度的大跨度、長懸臂結構及9度時的高層建筑,應計算豎向地震作用。對于重要的高層建筑或有特殊要求時,要用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算,結構在罕遇地震作用下可采用靜力彈塑性分析方法或彈塑性時程分析法進行薄弱層彈塑性變形驗算[1] [3]。
關鍵詞:高層建筑;轉換層;結構設計;形式;優(yōu)化策略
一、高層建筑中轉換層結構的概念
高層建筑結構具有上部樓層受力小而上部樓層受力大的特點,設計人員普遍會提高下部結構的剛度以及墻、梁、柱等的數(shù)量,并在樓層逐漸升高的過程中,減少設計中的墻、柱結構應用,繼而使建筑形成穩(wěn)固的結構支撐柱網(wǎng),這就決定高層建筑的下部結構空間要大于上部結構的空間,此種設計與常規(guī)建筑結構設計方案恰好相反,設計人員必須在空間結構轉變的樓層加設水平的轉換構件,才能保證設計目標的達成,此種結構設計即為高層建筑的轉換層。
二、高層建筑中轉換層結構的形式
目前,高層建筑中轉換層的設計,主要采取箱、梁、板、柱、桁架、框架這幾種結構形式,各種結構形式在設計中存在著顯著的差別,這些差別便是設計者在進行結構設計時,必須遵從的前提與依據(jù)。本文下面就對箱、梁、板以及框架幾種結構加以分析。
(1)梁式轉換結構(如圖1)常用于垂直轉換施工,它以上部墻到轉換梁再到下部柱的途徑傳遞受力,傳遞路徑直接順暢,便于進行受力計算以及工程分析,高度大致為0.8~6.0m,造價比較低。箱式結構(如圖2)是在單項和雙向的托梁配合的基礎上,再與上層和下層樓板共同澆筑而成結構,具有較高的剛度。
(2)板式結構(如圖3)應用于上層和下層之間的柱網(wǎng)過多錯開,且不具有規(guī)則的結構布置,梁支托難以實施樓層轉換,板的厚度約為 2.0~2.8m,需要能夠滿足抗剪與抗切的要求,且此種結構便于靈活布設,但是它具有較大的自重,需要耗費諸多材料。
(3)框架結構是以巨型柱或者豎向的筒體為大梁而構成的轉換結構,具有較高的抗震性能,其下層的柱體結構布設,必須考慮實際拉應力的狀況來選擇適當?shù)臉嫾?,且要在施工之前加設穩(wěn)固的臨時支撐結構,為目前轉換層結構主要發(fā)展的趨勢。
三、高層建筑中轉換層結構的設計原則
高層建筑中轉換層的存在,非常容易造成建筑物在豎向層面的剛度突變,而不利于建筑對震害進行抵抗,所以,設計人員必須充分考慮這一問題,做好對于轉換層結構的布設,其布設的原則如下。
(1)盡量將豎向的構件適當?shù)臏p少,以降低轉換層的剛度突變頻率,且盡量將轉換層設置于較低的樓層位置,剛度應當適當控制于較小的范圍。
(2)設計人員要充分考慮樓層的結構受力狀況,根據(jù)其受力傳遞的途徑,選擇受力結構適當?shù)男问阶鳛槠滢D換層主要結構,以保證設計人員對于結構的分析及質量的控制。
四、高層建筑中轉換層結構設計優(yōu)化策略
(1)設計人員在對轉換層進行設計時,必須結合該建筑的具體設計方案,來選擇適當?shù)牧菏健⑾涫交蜩旒?、框架式的結構,以保證其轉換層結構和建筑整體結構之間在設計方面的協(xié)調性,盡可能使質量中心貼近于剛度中心。比如,建筑的上層結構與下層結構在柱網(wǎng)錯開幅度過大或全部錯開時,應當選擇梁式的轉換層結構,以使上部軸網(wǎng)和下部軸網(wǎng)之間盡可能多的對齊。
(2)設計人員還要認真地做好對于落地構件的對稱、均勻設計,并適當提高其強度等級與截面尺寸,以鋼筋、混凝土材質為材料,保證轉換層以下的抗側力構件對于抗剪以及抗彎剛度需求的滿足。同時,設計人員還要避免建筑豎向結構剛度的過大差異,保證上層與下層二者的轉換層結構差值處于1 左右,并適當?shù)貙⒙涞貕Φ暮穸仍黾?,并縮小洞口的尺寸,或將補償剪力墻設置在結構中,以使建筑具有適當?shù)目臻g剛度。
(3)設計人員應當通過根據(jù)梁跨中部位支座的正彎矩與負彎矩二者減弱的速度規(guī)律(前者快后者慢),將下部的鋼筋設計為全部深進錨固結構的形式,可以取消彎筋設置,腰筋的直徑要保持在 16 以上,配置間距控制于 200mm 以內。且,高層建筑的結構轉換層不同于其它普通的薄壁桿件,它具有復雜的形狀及受力狀況,且需要承擔相對集中的應力,因此,設計人員必須以整體計算作為基礎,認真做好對于各部位構件的局部應力計算,并按照實際的應力分布狀況,為轉換層結構適當?shù)呐浣睢?/p>
(4)設計人員還要盡量做好對于建筑的空間布設,高層建筑中的結構與設備的轉換層一般位于同一樓層,若樓層高度為 2.9m,勢必會造成樓層空間的浪費,若樓層高度小于 2.2m,又會造成建筑扭轉剛度與側移剛度二者的增加,所以,為了應對建筑豎向剛度的突變,設計者還要盡可能地避免其轉換層的過高設置(一般位于 6 層以下),并且可以適當?shù)貙⒔Y構與設備的轉換層分開設置,前者設置于2~3 層,而后者設置于 4~5 層。
(5)設計人員在設計轉換層結構時,必須要使剪力墻某部分處于直接接地的布設狀況,且框架支柱必須均勻疏密,剪力墻與支柱二者時間的距離適合控制于 12m 以內。同時,剪力墻應當優(yōu)先選擇大開間的布置形式,并適當?shù)貙⑾虏拷Y構的強度提升。在對轉換大梁進行設計時,設計人員還要保證梁體在承受框架柱的應力的基礎上,必須能夠全面地承擔短肢墻誘發(fā)的內力,為了達到這一目標,以加腋法為轉換梁的兩端進行處理,以提升其結構的抗剪力性能。
五、結語
轉換層的結構作為當前高層建筑設計人員普遍面臨的一項工作,直接決定著該建筑設計方案對于用戶需求的滿足程度,并且影響高層建筑的結構設計質量。因此,設計人員必須努力加強對于轉換層結構相關問題的研究,充分把握其結構設計工作的要點,推動設計方案的優(yōu)化。
參考文獻:
[1]王春偉.高層建筑轉換層結構設計中的問題分析[J].黑龍江科技信息,2011(23).
【關鍵詞】 高層建筑 結構設計 轉換層 問題
前言
隨著高層建筑的快速發(fā)展,建筑物的功能相對以前的更加多樣化。高層建筑的發(fā)展,使得人們可以在建筑的上部分設置住宅、旅店,而在中間部分設置辦公樓,下部分則用于商店、餐館、銀行、會議中心等需要較大跨度的公共建筑空間。高層建筑的功能多樣化,則要求其建筑結構需滿足其形式的改變。轉換層在高層建筑結構設計中的應用則油然而生,其主要是為了解決上、下結構形式變化中產生的各種力學問題,使得高層建筑上部分的結構力傳遞到下部分結構。
1. 高層建筑轉換層結構設計在國內外工程的應用
國外一些經(jīng)濟發(fā)達國家的高層建筑己有較長的發(fā)展歷史,高層建筑的數(shù)量也較多,高層建筑中部分采用鋼筋混凝土結構對于一些建筑物功能復雜、建筑結構形式變化較多的建筑在一些結構層也設置轉換結構。
近十年來,國內的高層建筑發(fā)展迅猛,轉換結構在高層建筑中,特別是框支剪力墻結構中的應用越來越廣。轉換結構中多采用梁式轉換結構,厚板式轉換結構常用一些功能復雜,上、下結構特別復雜的高層建筑中,箱形轉換結構在鐵路工程中應用較多,一些高層建筑也選用析架式轉換結構[1]。
2. 高層建筑轉換層結構的功能及分類
2.1轉換層的功能特點
從結構角度看,高層建筑的轉換層結構的功能主要如下三點:
2.1.1實現(xiàn)上、下層結構形式的轉換。這種轉換層主要用于剪力墻結構和框架—剪力墻結構,將上部的剪力墻轉換為下部的框架。
2.1.2實現(xiàn)了上、下層結構軸網(wǎng)的轉換。轉換層上下結構形式?jīng)]有改變,但通過轉換層,可實現(xiàn)下層柱的柱距擴大,形成大柱網(wǎng),這種轉換層則用于外框筒的下層以形成較大的入口。
2.1.3實現(xiàn)上下層結構形式和結構軸網(wǎng)同時轉換。上部樓層剪力墻結構通過轉換層改變?yōu)橄虏靠蚣芙Y構的同時,下部柱網(wǎng)軸線與上部剪力墻的軸線錯開,形成上下結構不對齊的布置。
2.2轉換層的分類
從結構形式角度看,轉換層主要有以下幾種:
2.2.1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,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[2]。
2.2.2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.為了使理論假設與實際相符,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,一般宜遍布且宜沿建筑周邊環(huán)通構成“箱子”,即箱式轉換層。
2.2.3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。
2.2.4桁架式轉換層。當高層建筑下部為大空間商場,上部為小空間客房或寫字樓,且需設置管道設備層時,也可采用桁架式轉換層。上部柱墻可通過桁架傳至下部柱墻,而管道則可利用桁架間的空間穿行。采用析架轉換結構時,一般宜跨滿層布置,且上弦節(jié)點與上部密柱或墻肢形心宜對中[3]。
3. 高層建筑轉換層結構設計時應注意的問題
3.1宜低位轉換,盡量避免高位轉換
設置結構轉換層的高層建筑,其結構豎向剛度存在一定程度的突變,且轉換層上下附近的剛度、變位和內力都會發(fā)生突變,易形成薄弱層,對抗震不利。所以,設置轉換層應堅持轉換層位置宜低不宜高的觀點。盡量降低轉換層的層位,尤其抗震結構匈十,宜避免高位轉換,3層以下為宜,一般不超過6層。
3.2上下軸網(wǎng)力求部分對齊不錯位
如果結構上部、下部的軸網(wǎng)全部錯位,則轉換層結構可能只得采用厚板式,厚板式轉換層結構是所有轉換層結構中缺點最多的一種形式。不僅受力不好,設計難度高,施工困難,而且極不經(jīng)濟。為避免采用厚板式轉換層結構,盡可能采用梁板式或其他形式的轉換層結構,其必要條件就是上下軸網(wǎng)部份對齊,軸網(wǎng)對齊的比例越高,轉換層結構的設計就越簡單容易,結構受力更明確,經(jīng)濟效果更好,這方面有賴于結構與建筑方案的密切配合和協(xié)調。
3.3框支柱、剪力墻的合理布置
設置結構轉換層的高層建筑,不論采用何種結構體系,都必須保證部份剪力墻直接落地;轉換層下面的框支柱的柱距疏密均勻,框支柱與剪力墻(通常是核心筒)的距離不宜太大(控制在12m以下)。轉換層以上的剪力墻應采用大開間布置。強化下部,保證下部大空間結構有足夠的剛度、強度、延性和抗震能力。轉換層的平面須比軸規(guī)則,保證轉換大梁的剛度和出平面外的穩(wěn)定性。
3.4轉換層上下層剪切剛度及轉換層上下部結構等效剛度的控制
按有關規(guī)范規(guī)定,轉換層上下層的剪切剛度比γ宜接近1,抗震設計時γ不宜大于2,為了將γ控制在1~2之間,可以采取多種措施;加大落地剪力墻厚度,尤是在下部框架結構適當部位另增設剪力墻,以增大轉換層下層的剪力墻截面面積,轉換層之上的剪力墻數(shù)量、厚度需嚴加控制;轉換層下層須從減小轉換層結構的截面高度著手盡量壓縮其層高;轉換層及轉換層以下的鹼強度取較高等級。
為了避免轉換層附近的剛度突變,轉換層下部的框架—剪力墻結構的等效剛度宜與同高度的上部剪力墻等效剛度相等。由于高層建筑是復雜的三維結構,其整體剛度,無法精確求得,只能通過結構位移大小來間接反映其剛度大小。故通常用由程序計算所得的樓層位移值間接表示樓層的等效剛度。
3.5結構整體計算外加局部應力分析
轉換層的結構型式與普通桿件或薄壁桿件差別很大,形狀復雜,內部應力集中,受力復雜。因此,設計中在整體計算控制的前提下,對轉換層轉換構件的分析需采取其它有限元分析程序作補充計算,最好直接選用以墻元或有限元分析為原理的計算程序進行設計,詳細分析其各處的應力,按有限元計算結構進行配筋。
3.6轉換層結構的構造與配筋要求
3.6.1短肢剪力墻的軸壓比控制在0.6以內,框支柱軸壓比也需滿足規(guī)范要求。
3.6.2中心筒墻厚在轉換層以下應加厚,一般比住宅底層厚增加100~150,硅強度等級宜提高5~10MPa。必要時在轉換處增設部份剪力墻或在短形柱側增加墻肢來補償?shù)讓觿偠取?/p>
3.6.3轉換層樓板應加強,板厚≥180,雙層雙向配筋,配筋率≥0.25%,轉換層上、下層的樓板亦應適當加強。
3.6.4轉換梁須按規(guī)范對框支梁的構造要求進行設計和施工。
結束語
總之,帶有轉換層的高層建筑結構設計時,轉換層的設計是結構設計的難點和重點,主要是因為其結構不同于其他形式結構體系轉換。設計時應不斷研究和比較,盡可能地作出最優(yōu)化的技術設計方案,以實現(xiàn)高層建筑的安全、適用、穩(wěn)定的建設目標。
參考文獻:
[1] 莫雪輝. 高層建筑梁、板式轉換層結構設計方法研究[J].科技創(chuàng)新導報,2008,(31):44.
關鍵詞:高層建筑;轉換層;結構設計
Abstract: for the high-rise buildings set convert layer, be reasonable choice conversion layers forms, in the structure is decorated, through to the main component in the design to strengthen, so as to increase the safety of the structure. This article from the conversion layers of the concept of structure, this paper introduces the main structures conversion layers and design principles, mainly discussed the conversion layers structure design in the problem that should notice.
Keywords: high building; Conversion layers; Structure design
中圖分類號:S611文獻標識碼:A 文章編號:
近年來,國內外高層建筑發(fā)展迅速,其建筑向著體型復雜,功能各樣的綜合性方向發(fā)展。較常見的形式:下部為大開問的商業(yè)場所,希望有較大的自由的靈活的空間,以便滿足公共使用需求。上部為小開間的民用住宅,較多的墻體分隔空間,從而滿足住宅戶型的需要。為了滿足建筑要求就必須在上下不同結構體系轉換的樓層設置轉換層。于是帶轉換層的建筑結構孕育而生,并在近年來得到較為廣泛的應用。
一、轉換層結構的概念
建筑物樓層的上部與下部因平面使用功能不同,該樓層上部與下部需采用不同結構類型,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。
二、轉換層的主要結構形式
1.梁式轉換層
梁式轉換層的傳力直接、明確,傳力途徑清楚??缍容^大且承托層數(shù)較多時,采用較大的截面高度為1. 6~4. 0 m。跨度較小及承托層數(shù)少時,采用0. 9~1. 4 m較小的截面高度。施工方便且構造簡單,工作可靠,轉換梁受力性能好,結構計算也相對容易。目前,在高層建筑中實現(xiàn)垂直轉換最常用的結構形式是粱式轉換。
2.桁架式轉換層
桁架式轉換層傳力明確、傳力途徑清楚。其節(jié)間可采用輕質建筑材料填充,有利于減輕結構自重,同時抗側力剛度比轉換梁小,地震反應要比梁式轉換的高層建筑小得多。但構造和施工復雜,且轉換桁架使充分利用該轉換層空間成為可能.,為開洞與設置管道具備了很大靈活性的位置和大小的條件。也從施工工程中得知,轉換桁架其混凝土用量比、鋼材的采用比轉換梁節(jié)約成本些。
3,板式轉換層
板式轉換層傳力不清楚,受力復雜,相鄰上、下層受很大作用力。從抗剪和抗沖切角度考慮,容易在地震作用下反應強烈。一般板厚度有在2. 至2. 8 米區(qū)間,且結構計算困難。施工中,上部結構布置不便,造成混凝土用量大。也由于本身受力很大,增大了下部垂直構件的承載力設計要求,故板必須三向配筋。
三、轉換層設計原則
1.轉換層的豎向布置
轉換結構可根據(jù)其建筑功能和結構傳力的需要,沿高層建筑高度方向一處或多處靈活布置;也可根據(jù)建筑功能的要求,在樓層局部布置轉換層,且自身的這個空間既可作為正常使用樓層,也可作技術設備層,但應保證轉換層有足夠的剛度,以防止沿豎向剛度過于懸殊。對大底盤多塔樓的商住建筑,塔樓的轉換層宜設置在裙房的屋面層,并加大屋面梁、板尺寸和厚度,以避免中間出現(xiàn)剛度特別小的樓層,減小震害。對部分框支剪力墻高層建筑結構,其轉換層的位置,7度區(qū)不宜超過第5層,8度區(qū)不宜超過第3層。轉換層位置超過上述規(guī)定時,應作專門研究并采取有效措施。
2.轉換層的結構布置
研究得出,底部轉換層位置越高,轉換層上、下剛度突變越大,轉換層上、下內力傳遞途徑的突變就越加??;此外,轉換層位置越高,落地剪力墻或簡體易出現(xiàn)受彎裂縫,從而使框支柱的內力增大,轉換層上部附近的墻體易于破壞??傊D換層位置越高對抗震越不利。
底部帶轉換層結構,轉換層上部的部分豎向構件不能直接連續(xù)貫通落地,因此,必須設置安全可靠的轉換構件。按現(xiàn)有的工程經(jīng)驗和研究結果,轉換構件可采用轉換大梁、斜撐、箱形結構以及厚板等形式。由于轉換厚板在地震區(qū)使用經(jīng)驗較少,可在非地震區(qū)和6度抗震設計時采用,對于大空間地下室,因周圍有約束作用,地震反應小于地面以上的框支結構,故7,8度抗震設計時的地下室可采用厚板轉換層。
3.轉換層的抗震設計
為保證設計的安全性,規(guī)定部分框支剪力墻結構轉換層的位置設置在3層以上時,其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級宜按高規(guī)規(guī)定提高一級采用,提高其抗震構造措施,而對于底部帶轉換層的框架一核心簡結構和為密柱框架的簡中簡結構的抗震等級不必提高。對轉換層的轉換構件水平地震作用的計算內力需調整增大;8度抗震設計時,還應考慮豎向地震作用的影響。
四、轉換層結構設計中應注意的問題
1.與建筑專業(yè)的相配合
為了滿足建筑的需要,因此高層建筑轉換層結構型式的選擇必須與建筑相互配合。一是轉換層結構型式的選擇應與建筑外觀相結合,如巨型框架、拱式轉換等型式不僅具有良好的受力性能,而且能滿足該類型建筑外觀的要求;二是轉換層結構必須服從于建筑功能的實現(xiàn),實際工程中常常將設備層兼作轉換層,此時轉換層中要有足夠的空間讓設備管道通過,當洞口尺寸超出開孔梁允許范圍時,宜用實腹或空腹桁架代替梁式轉換。
2.宜低位轉換,盡量避免高位轉換
設置結構轉換層的高層建筑屬復雜的高層建筑,其結構豎向剛度存在一定程度的突變,且轉換層上下附近的剛度、變位和內力都會發(fā)生突變,易形成薄弱層,對抗震不利。所以,設置轉換層應堅持轉換層位置宜低不宜高的觀點。盡量降低轉換層的層位,尤其抗震結構設計,宜避免高位轉換,三層以下為宜,一般不超過六層。
3.上下軸網(wǎng)力求部分對齊不錯位
如果結構上部、下部的軸網(wǎng)全部錯位,則轉換層結構可能只得采用厚板式,厚板式轉換層結構是所有轉換層結構中缺點最多的一種形式。不僅受力不好,設計難度高,施工困難,而且極不經(jīng)濟。為避免采用厚板式轉換層結構,盡可能采用梁板式或其他形式的轉換層結構,其必要條件就是上下軸網(wǎng)部分對齊,軸網(wǎng)對齊的比例越高,轉換層結構的設計就越簡單容易,結構受力更明確,經(jīng)濟效果更好,這方面有賴于結構與建筑方案的密切配合和協(xié)調。
4.框支柱、剪力墻的合理布置
設置結構轉換層的高層建筑,不論采用何種結構體系,都必須保證部分剪力墻直接落地;轉換層下面的框支柱的柱距疏密均勻,框支柱與剪力墻(通常是核心筒)的距離位不宜太大(控制在12m以下)。轉換層以上的剪力墻應采用大開間布置。強化下部,保證下部大空間結構有足夠的剛度、強度、延性和抗震能力。轉換層的平面須比軸規(guī)則,保證轉換大梁的剛度和出平面外的穩(wěn)定性。
5.轉換大梁的設置
由于短肢剪力墻與框架柱的對應關系,相應短肢墻下的轉換梁實際僅承受了位于框架柱以外的短肢墻引起的內力,大部分內力已直接傳給了框架柱,僅兩端突出框架柱外的短肢墻引起的剪力相對較大。因此,須采取在轉換梁兩端加腋的辦法,以抵抗其剪力,這樣不僅達到結構設計要求,亦使轉換層的有效空間得到保證。
6.轉換層結構剛度的合理選擇
在進行轉換層結構設計時,存在著轉換層結構剛度合理值的問題。當轉換層剛度過大時,一方面引起地震反應和結構豎向剛度的突然增大,使轉換層上下層處于更加不利的受力狀態(tài),另一方面材料用量增加,結構經(jīng)濟性不合理。當轉換層剛度過小時,上部框支部分的豎向構件與其它豎向構件之間可能出現(xiàn)較大的沉降差,從而在上部結構中與該部分豎向構件相連的水平構件中產生明顯的次應力,導致其配筋增加。
五、結語
現(xiàn)代高層建筑經(jīng)常是集吃、住、辦公、娛樂、購物、停車為一體的綜合建筑,轉換層的普遍運用,在對轉換層結構進行設計時須根據(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。從而不但可節(jié)約建設投資、減少能源消耗、達到建筑面積的最高利用率,而且為人們提供更方便、省時的生活環(huán)境和工作條件,適應現(xiàn)代社會高效率、快節(jié)奏的生活。
參考文獻:
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[2] 吳秀水,王翠坤.建筑結構層剛度中心的計算[J].建筑科學,2006.
【關鍵詞】:高層建筑轉換層結構設計剪壓比
中圖分類號:TU3 文獻標識碼: A
一. 前言
現(xiàn)代城市城市建設中,高層建筑已經(jīng)逐步向造型新穎、構造復雜、功能多樣的方向發(fā)展,建筑功能也沿著房屋的高度方向發(fā)生了變化,很多商住兩用建筑,在布局上設置為旅館、住宅兩用功能,樓層中間還可以做為辦公用房,下部布置成商店、餐館或文化娛樂設施,這樣不同用途的樓層就需要采取不同形式的結構,從建筑功能上來看,上部結構就需要小開間的軸線布置,用較多的墻體來滿足旅館與住宅的功能要求,中部室內空間卻需要中等大小,這樣為了滿足功能需求,在柱網(wǎng)中布置一定數(shù)量的墻體,下部的室內空間大而靈活,柱網(wǎng)要求大,墻體少,滿足公用設施類的特殊功能要求,這些要求跟結構的合理布置正好相反。這種豎向構件的不連續(xù)性與轉換層結構體系的轉變,容易使轉換層附近的剛度與內力發(fā)生突變,本文對此種復雜高層的抗震設計的相關問題進行簡單闡述:
二. 轉換層的定義和功能
由于在高層建筑結構中,樓層受力下大上小,應該采取與此相適應的剛度要求,而逐漸減少上部墻體等的布置,輔以擴大柱網(wǎng),這樣一來,建筑功能空間要求跟結構布置就正好相反,因此,為了適應建筑功能的變化,我們通常在設計中,在結構轉換的樓層設置一種水平轉換構件,即轉換層結構。高層商住樓中常用的一種結構體系是帶轉換層結構的多塔樓高層建筑,通過水平轉換結構跟下部豎向桿件相連接,這樣的高層建筑結構構成就稱為帶轉換層的高層建筑結構,它主要實現(xiàn)以下功能:
1這種設計可以獲得較大的內部自由空間,上下層結構類型轉換層將上部的剪力墻轉換為下部的框架,一般用于剪力墻和框架-剪力墻結構中。
2通過將建筑物的轉換層改變成為框支剪力墻結構的同時,在下部的柱網(wǎng)與上部的剪力墻軸線錯開,形成了一種在建筑物結構中上下柱網(wǎng)不對齊的布置。
3)通過建筑物的上下層結構柱網(wǎng)和軸線改變類達到轉換層上下的結構形式,這樣的轉換層可以使下部的結構柱距擴大,進而形成大的柱網(wǎng)。這種形式常用于一般外框筒的下層形成較大的出入口。
三. 結構轉換層類型分類
在高層建筑中的轉換層設計分為以下幾種類型:
(1)梁式轉換層,即建筑物的上部剪力墻設計在框支梁上,再由結構的框支柱支撐框支梁的受力體系,在需要縱橫向同時轉換的設計施工時,常常采用雙向梁布置,它的優(yōu)點是傳力直接、明確,結構中傳力的途徑清楚,受力性能好,而且整體的構造簡單,施工方便,在設計時計算比較容易,是目前施工中應用實施最廣泛的轉換層結構形式。
(2)箱式轉換層,當建筑物的轉換梁截面過大時,一般情況設置一層樓板并不能夠滿足構造中平面內樓板的剛度要求無限大的假定條件。因此為了使理論假定和實際相符,設計中可以在建筑物中轉換梁梁頂跟梁底同時設置一層樓板,以此形成一個箱形梁,即稱為箱式轉換層。其優(yōu)點在于,轉換梁的約束性比較強,剛度較大,整體構造的受力效果比較好,受外力時上下部傳力比較均勻,還可以將其利用作為設備層實用,其缺點是施工過程復雜、造價比較高。
此外,建筑物轉換層的形式還有厚板式轉換層構造和桁架式轉換層構造等,但大部分因為此構造方式受力復雜而且施工難度較大、并且經(jīng)濟效益不高所以實際應用相對少。
四.新型轉換層結構特點
1 搭接柱式轉換結構
搭接柱式轉換結構是最近出現(xiàn)的一種新型的轉換結構體系。這種轉換結構在重力載荷作用下建筑物的安全度與可靠度,主要是取決于跟搭接塊相連的樓蓋梁板承載外力能力與軸向剛度的有效控制,如果樓蓋梁板的承載能力與軸向剛度能得到控制和滿足,重力載荷作用下的次內力與搭接柱變形就能夠受到控制,建筑物整個搭接柱式轉換結構就能夠正常工作,與之相連樓蓋梁板承載外力能力和軸向剛度的控制,通常是在結構重力載荷作用下能夠正常工作的一項關鍵技術。
2 貫通落地筒體-框架結構工作特性
搭接柱轉換構造基本能夠保證對框架柱直接落地的整體結構的振動特性和在地震作用下的工作狀態(tài)與貫通落地筒體-框架結構無異。建筑物的框架搭接柱轉換本質上是弱化了結構框架的抗側作用,進一步的強化了建筑物核心筒體的抗側作用,所以核心筒體結構是整體結構最主要的抗側力構件,能夠很好地保證整體機構抗震承載能力不致突變。
3. 其他新型轉換結構
(1)寬扁梁轉換結構的優(yōu)越性
寬扁梁轉換層結構有利于降低建筑物轉換層高度并方便建筑設備的使用,跟建筑功能的結合比較普通;轉換梁結構相比有著非常好的優(yōu)勢,它還有利于減緩建筑施工中高位轉換的剛度突變帶來的建筑物轉換層框支剪力、框支柱頂彎矩的突變增大及結構軸力突變而增大引起的應力集中,改善建筑物結構的抗震性能。
(2)斜撐轉換結構的優(yōu)越性
這種結構重力載荷下的傳力路徑明確,它以構件受壓受拉的方式代替構件受剪承受重力載荷,使建筑物受力方式非常合理,斜撐轉換結構的建筑物轉換層與上下層的剛度比的變化幅度也相對很小,因此在水平地震力作用下,它能夠很好的避免結構層間剪力與構造構件內力發(fā)生突變,有利于整體結構抗震。
五.帶轉換層的高層建筑結構設計原則
高層建筑中轉換層的設計必須注意建筑物豎向剛度的突變,避免在地震作用時在結構轉換層上下形成薄弱環(huán)節(jié),降低建筑物結構抗震性能,因此在轉換層結構設計中要遵循以下原則:
1 剛度比的設計,為了保證建筑物結構的豎向剛度不至于太大,有利結構的整體受力,防止設計時的結構沿豎向剛度的變化過于懸殊而形成受力薄弱層,結構的上下剛度比要≤2,盡量的接近1。
2. 減少需要轉換的豎向構件,提高抗震性能。
3. 轉換層結構豎向位置宜低不宜高,避免在轉換層附近的剛度、內力與傳力途徑等發(fā)生突變時形成受力薄弱層,對抗震非常不利。
4. 設計中要合理分配轉換層及其下部的構件中的內力,結構內梁高度一般情況應不小于梁的跨度的1/6,以保證轉換層的剛度,滿足轉換梁和剪力墻柱在受外力時的受力性能要求。
5. 控制建筑物框支剪力墻和落地剪力墻兩者的比例,在設計剪力墻需考慮抗震時,結構內橫向的落地剪力墻的數(shù)目與橫向墻的總數(shù)之比不能少于50%,在非抗震設計時不能少于30%。
6. 強化建筑物下部轉換層的結構剛度,并弱化構造轉換層主體上部的結構剛度,保證建筑物下部空間的整體結構能夠有足夠的剛度、延性、強度與足夠的抗震能力,使剛度的均勻分布,保證構造的剛度中心和質量中心盡可能的重合,避免由于設計不合理兩者偏心導致建筑物整體扭轉。
7. 帶轉換層結構的設計計算要求全面、準確,采用有限元方法對結構構造進行局部的補充計算。
結論
帶轉換層結構的高層建筑受力非常復雜,隨著結構的復雜化,在設計中應充分考慮傳力體系的變化,按照規(guī)范要求,結合現(xiàn)場實際條件進行全面分析和優(yōu)化設計,把建筑物的諸多因素考慮進去,在嚴格控制建筑物樓層等效剛度比以及樓層側向剛度比的前提下,設計合理有效的結構構造措施,是有效解決復雜平面及建筑物體型轉換的一種行之有效的方法。
參考文獻:
[1]JGJ3-2002,高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S]
關鍵詞:建筑層轉換 結構設計
中圖分類號:S611文獻標識碼: A
一、轉換層結構的幾種型式及其設計特點
目前高層建筑的發(fā)展趨勢,既集吃、住、辦公、娛樂、購物、停車等多功能為一體的綜合型建筑。但由于空間功能的復雜化,使得建筑結構也隨之變化。為了適應上部小空間下部大空間的功能需要,需在兩種結構的交接部位設置過渡結構,也就是所謂的轉換層。因高層建筑結構的多樣性,也呈現(xiàn)多種形式:
1、轉換層形式一:板式轉換
整體來講,板式轉換的力學性能和經(jīng)濟指標均較差。當上下軸網(wǎng)變化但仍正交時,可采用正交主次轉換梁的結構型式來實現(xiàn)轉換。板式轉換最大的優(yōu)點是可以在轉換層以上隨意布置結構型式和軸網(wǎng),特別適用于建筑物上下部軸網(wǎng)錯位復雜甚至互不正交的情況。由于抗剪和抗沖切的需要,轉換板厚一般在2M以上,這一方面造成轉換層質量和剛度的突變,在地震作用時結構反應增大,轉換層上下相鄰層更成為結構薄弱層,不利于建筑物抗震;另一方面由于自重和地震作用的增加,下部豎向構件的荷載明顯增大,設計難度大。
2、轉換層形式二:梁式轉換
實際工程中,轉換層常兼作設備層,轉換梁腹部要開設洞口以便設備管道的通過,因此轉換梁的計算模型可根據(jù)開洞與否以及洞口的相對大小分別取為實腹梁、開孔梁、雙梁和空腹桁架等。梁式轉換具有傳力路徑清晰快捷,施工方便,構造簡單,工作可靠等特點,轉換梁的截面尺寸主要由其抗剪承載力決定,但可通過加腋或采用鋼骨混凝土、預應力混凝土等方法來減小截面尺寸。在進行轉換梁設計時,要特別注意對轉換大梁與上部結構共同工作程度的分析。
3、轉換層形式三:桁架轉換
桁架分為空腹桁架與實腹桁架兩種。桁架轉換層與梁式轉換相比,受力狀態(tài)更明確,可使用空間更大,自重小,抗震性能好,但其節(jié)點設計難度大,“強斜腹桿、強節(jié)點”是桁架轉換層設計的基本原則,而節(jié)點的受力狀態(tài)復雜,容易發(fā)生剪切脆性破壞,造成計算配筋多,施工不便,限制了桁架轉換的應用。
4、其它轉換型式
其它轉換型式包括:
(1)巨型框架它由豎向筒體或巨型柱與一道或多道大梁組成,具有良好的抗震性能,是目前國內建筑結構發(fā)展的一個重要方向。巨型框架要采用模擬施工過程的設計方法,在未形成巨型結構之前應合理地解決臨時支撐和保證足夠的抗側剛度;巨型梁以下幾層范圍內的柱內存在拉應力,應按受拉構件進行設計。
(2)斜柱轉換式可以較好地發(fā)揮混凝土的受壓性能,形成更多更好利用的建筑空間。斜柱轉換中會產生較大的水平荷載,在實際工程中可以結合建筑物的平面布置,通過加設圈梁或拉梁,使其以最短的路徑相互平衡,轉換斜柱盡可能通過較多的樓層,以減小其在上下樓層產生的水平力,使轉換層設計更加方便。
二、高層建筑轉換層結構的設計原則
轉換層結構的概念:指在整個建筑結構體系中,合理解決豎向結構的突變性轉化和平面的連續(xù)性變化的結構單元體系,為了滿足城市建筑功能的要求,那么結構必須以與常規(guī)方式相反進行布置,上部小空間,布置剛度大的剪力墻,下部大空間,布置剛度小的框架柱。轉換層的設置造成建筑物豎向剛度的突變,地震作用時在轉換層上下容易形成薄弱環(huán)節(jié),對結構抗震不利,所以在設計轉換層結構時應遵循以下原則:
1、布置轉換層上下主體豎向結構時,注意使盡可能多的上部豎向結構能向下落地連續(xù)貫通,尤其框架核心筒結構中核心筒應上下貫通.
2、弱化上部,強化下部,抗震設計時應保證轉換層上、下部主體結構的總剪切剛度比值滿足下式:式中: 分別為轉換層上部第I 樓層、下部第J 樓層的主體豎向結構總剪切剛度。
3、盡可能減少需結構轉換的豎向構件,直接落地的豎向構件越多,轉換結構越少,轉換層造成的剛度突變就越小,對結構抗震更有利。
4、優(yōu)化轉換層結構。選擇具有明確傳力路徑的轉換層結構型式,以便于結構分析設計和保證施工質量。
5、將轉換結構作為整體結構中一個重要組成部分采用符合實際受力變形狀態(tài)的計算模型進行三維空間整體結構計算分析.必要時可采用有限元方法對轉換結構進行局部補充計算。
三、轉換層結構設計中應注意的問題
1、與建筑專業(yè)的相配合
為了滿足建筑的需要,因此高層建筑轉換層結構型式的選擇必須與建筑相互配合。
(1)轉換層結構型式的選擇應與建筑外觀相結合,如巨型框架、拱式轉換等型式不僅具有良好的受力性能,而且能滿足該類型建筑外觀的要求;
(2)轉換層結構必須服從于建筑功能的實現(xiàn),實際工程中常常將設備層兼作轉換層,此時轉換層中要有足夠的空間讓設備管道通過,當洞口尺寸超出開孔梁允許范圍時,宜用實腹或空腹桁架代替梁式轉換。
2、轉換層結構剛度的合理選擇
在進行轉換層結構設計時,存在著轉換層結構剛度合理值的問題。當轉換層剛度過大時,一方面引起地震反應和結構豎向剛度的突然增大,使轉換層上下層處于更加不利的受力狀態(tài),另一方面材料用量增加,結構經(jīng)濟性不合理。當轉換層剛度過小時,上部框支部分的豎向構件與其它豎向構件之間可能出現(xiàn)較大的沉降差,從而在上部結構中與該部分豎向構件相連的水平構件中產生明顯的次應力,導致其配筋增加。
3、轉換層下部主體結構的剛度分布
對于轉換層結構來說:豎向剛度突變也是最復雜的問題,是不可避免的。為了保證轉換層結構上下層主體結構的總剪切剛度滿足要求,抗震設計時,常常要采用加大轉換層下部主體結構豎向構件截面尺寸、提高其混凝土強度等級、增設剪力墻等方法。
4、逆向轉換
逆向轉換是一種轉換層類似倒置的常規(guī)轉換層特殊的結構,故稱為逆向轉換層。斜柱轉換和桁架轉換傳力路徑明確,剛度較小,最適用于逆向轉換層結構,在工程中可結合實際情況選用。當建筑物外觀或使用功能要求柱網(wǎng)上疏下密時,下部柱網(wǎng)中由于各柱承受荷載的差異導致相互間的豎向壓縮位移差,在下部結構的水平構件中產生較大的次應力。為了避免由此引起的結構問題,在柱網(wǎng)發(fā)生變化處必須設置轉換層,以調整下部柱網(wǎng)中各柱的荷載趨于均勻。
四、注意事項
1、結構轉換層型式多且各具特點,設計時應結合工程實際情況加以選用,對于復雜工程可采用多個方案綜合比較和選用的方法。
2、注重轉換層結構的概念設計,合理的結構平面和豎向布置可以從整體上形成良好的抗震體系,保證建筑物的安全性和經(jīng)濟性。
3、在框架,框架或短肢剪力墻,框架的正交主次轉換梁式轉換層設計中,應注意選擇適當?shù)霓D換梁剛度,減小由于轉換次梁的支座沉降引起的次應力。
4、在加強轉換層下部結構時,要避免由于剛度分布不均勻引起扭轉或剛度過于集中而導致不安全。
五、結束語
高層建筑體現(xiàn)一個城市建設的基本特色,承載著城市發(fā)展過程的信息。為此,高層建筑的發(fā)展也是塑造城市新特色的重要條件。然而如何將現(xiàn)代的高層建筑更更好的與城市建筑中的各個因素相應的結合起來,有效地把建筑風格融合到城市的環(huán)境中去設計,是每個建設者需要考慮的問題。
參考文獻
關鍵詞:帶轉換層;高層建筑;結構設計
中圖分類號: TU318文獻標識碼: A
一、概述
隨著我國經(jīng)濟的飛躍發(fā)展,為了滿足多用途、多功能及造型新穎的需要,建筑設計經(jīng)常會構思出體型復雜,內部空間靈活多變的復雜高層建筑方案,其結構型式通常都是不規(guī)則的,有些甚至是非常不規(guī)則的,從而使結構抗震設計遇到了許多難點。多功能的高層建筑,往往需要將建筑物沿豎向劃分為不同用途的區(qū)段,諸如底部為大空間的廳堂、商場、交通通道,上部用于酒店客房、住宅等。這些建筑的豎向承重結構構件往往不能上下連續(xù),需要設置轉換層,通過轉換構件來實現(xiàn)上、下豎向構件的過渡。近十幾年來帶轉換層的高層建筑結構由于其底部大空間,使用靈活方便,在國內得到了廣泛應用。
建筑物某樓層的下部與上部因平面使用功能不同,采用不同的結構(設備)類型于該樓層上部與下部,并通過該樓層進行結構(設備)轉換,則將該樓層稱為結構(設備)轉換層。目前高層建筑多有上部住宅,低層商用的多功能要求。為此,上部住宅要求的多墻多柱的小空間分隔與低層商用要求的大空間之間便需要進行轉換處理。其中空腹桁架、梁式轉換層、箱形和板式轉換層、斜桿桁架為轉換處理常常采用的結構形式。
二、轉換層的類型及特點
(一)、箱型轉換層
該結構形式即雙向托梁、單向托梁連接上下層較厚樓板共同工作,箱形轉換層可以形成的剛度很大。轉換層本身的優(yōu)點是整體性很好,當轉換層上部結構布置較復雜時,上下豎向構件有效的傳力仍可以得到保證。但從建筑上來看,它會直接占用整個樓層的使用面積,通常使得該樓層只能作為設備層使用。同時,轉換層內部的管線布置、設備布置與剪力墻往往會發(fā)生沖突。其缺點是造價高、自重大等;其內力作用從結構分析角度考慮,施工難度及結構設計都較大,因此很少應用在實際工程中。
(二)、梁式轉換層
框支剪力墻結構體系一般運用于底部大空間中。當需要同時轉換縱橫兩個方向時,則采用雙向梁布置。梁式轉換層的傳力較為明確,施工和設計較為簡單,是轉換型式中目前應用最為廣泛的。當上下軸線錯位布置時,它的缺點在于,轉換次梁需增設多個, 空間受力比較復雜,此時應對框支主梁進行應力分析。
(三)、桁架式轉換層
由梁式結構轉換層變化而來的這種結構形式,是由多榀鋼筋混凝土桁架組成的結構,在轉換層上下樓面的結構層內分別設桁架的上下弦桿,腹桿設在層間。由于桁架高度較高,所以下弦桿截面尺寸相對較小。桁架分為實腹桁架和空腹桁架兩種,它可以是鋼筋混凝土桁架,也可以是鋼桁架,在鋼筋混凝土高層結構中常用鋼筋混凝土桁架。它的整體性與梁式轉換層相比要好,而且自重較小、抗震性較好,受力性也更加明確,便于管道的安裝與維護等,但在施工上較為復雜,在設計上表現(xiàn)為節(jié)點的設計難度較大。桁架轉換層的基本設計原則是“強節(jié)點,強斜腹桿”,而節(jié)點容易發(fā)生剪切破壞,受力復雜,造成配筋過多。桁架轉換式通常在3m 以上對其高度進行要求,否則很容易形成斜壓桿件中超短柱,地震作用下容易產生脆性破壞。
(四)、厚板式轉換層
板式轉換層即是當上下柱網(wǎng)難以用梁直接承托,錯位較多時,則需做成厚板??筛鶕?jù)上部結構荷載、柱網(wǎng)尺寸綜合定出厚板的厚度。板式轉換層的優(yōu)勢在于,上部結構布局對下部柱網(wǎng)的影響較小,可靈活布置。厚板式結構可以形成一個承臺,剛度很大,施工較為便捷,而且整體性也較好。但在地震作用下,由于厚板自重很大,容易產生震害,且經(jīng)濟性較差,材料耗用多。
三、復雜高層建筑轉換層的結構設計要點
(一)、部分框支剪力墻結構在地面以上設置轉換層的位置
底部帶轉換層的大空間剪力墻結構的迅速發(fā)展,促使許多工程的轉換層位置在地震區(qū)已較高,一般做到3~6層,甚至有位于7~10層的特殊工程轉換層,中國建筑科學研究院針對框支剪力墻結構抗震性能,研究了轉換層高度的影響。其研究得出,轉換層位置較高時,在轉換層附近更易使框支剪力墻結構的內力、剛度發(fā)生突變,容易形成薄弱層,轉換層下部的框支結構及落地剪力墻很容易屈服和開裂,上部幾層墻體在轉換層附近易于破壞。因此,轉換層的位置不宜太高。我國規(guī)范也做了相應規(guī)定:Ⅷ度時不宜超過 3層,Ⅶ度時不宜超過5層,Ⅵ度時可適當提高。由于轉換層位置的升高,結構傳力路徑變得越復雜、內力變化較大,規(guī)定的剪力墻底部加強范圍也隨之增大,可取轉換層加上轉換層以上兩層的高度或者房屋總高度的1/10兩者的較大值。因此,在實際工程中轉換層位置的選擇應根據(jù)受力合理,經(jīng)濟可行的原則進行確定。
(二)、托柱形式轉換梁截面設計
當上部結構用普通框架轉換梁承托時,在常用截面尺寸范圍內,和普通梁相比轉換梁的受力基本相同,進行配筋計算可按普通梁截面設計方法;當上部用斜桿框架轉換梁承托時,將承受軸向拉力于轉換梁內,此時進行截面設計應按偏心受拉構件。此外,由于轉換結構上層框架梁柱受力復雜且會出現(xiàn)應力集中,設計時應按相關規(guī)范予以加強。
(三)、托墻形式轉換梁截面設計
實際工程中,托墻型式轉換層結構的內力計算方法可以在整體空間分析程序計算的基礎上,利用PKPM結構設計系列軟件中的FEQ程序對框支剪力墻進行有限元分析及配筋設計。計算簡圖可近似取轉換層以上的3~4層墻體和下部一層結構作為有限元的分析模型。下部一層的框支柱下端的約束條件可取為固接。
當轉換梁承托的上部墻體滿跨不開洞布置時,上部墻體與轉換梁共同工作,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應力截面設計方法或深梁截面設計方法,且應沿全梁高適當分布配置計算縱向鋼筋。由于上部墻體中拱效應的存在以及轉換梁與上部墻共同發(fā)生彎曲變形使得轉換梁處于整體彎曲變形的受拉翼緣,因此會在轉換梁跨中存在較大范圍的軸向拉力,故不宜彎起和截斷底部縱向鋼筋,應全部伸入支座。當轉換梁承托開較多門窗洞且上部墻體滿跨或剪力墻的長度較大但不滿跨時,轉換梁截面設計方法也宜采用應力截面設計方法或深梁截面設計方法,則沿梁下部適當配置分布縱向鋼筋,且不宜彎起和截斷底部縱向鋼筋,應全部伸入支座。當轉換梁承托的上部墻體為小墻肢時,進行配筋計算時可按普通梁的截面設計方法,在轉換梁的底部縱向鋼筋亦可按普通梁集中布置。
(四)、轉換層樓板設計要點
以轉換層為上下結構體系轉換分界面的框支剪力墻結構中,豎向荷載和水平荷載在上下兩部分引起的內力分布規(guī)律是不同的。在上部樓層,大體上按各片剪力墻的等效剛度比分配外荷載產生的水平力;而在下部樓層,由于落地剪力墻與框支柱間的剛度差異,水平剪力主要集中在落地剪力墻上,即在轉換層處荷載產生分配突變。完成上下部分剪力重分配的任務就由轉換層樓板承擔。由于自身平面內的剪力和彎矩在轉換層樓板中是很大的,而且變形也很大,所以必須有足夠的剛度為轉換層樓板作保證。實際工程中,轉換層樓板通常采用的厚度為200 mm,三級鋼直徑14間距100雙層雙向整板拉通配置,配筋率達到0.28%,滿足規(guī)范要求。混凝土標號通常與轉換墻柱的砼標號一致。
四、總結
通過工程實踐,體會到在對帶轉換層的高層建筑結構進行分析設計時,其結構布置往往比較復雜。因此,應盡可能使其在平面布置上簡單、規(guī)則、對稱,并應盡量保證在平面、立面上剛度接近;還要注意框支梁、框支柱構件設計的特殊性。另外,由于轉換層結構的工程量巨大以及復雜性,設計人員應重視對轉換層結構的基本概念的把握,這樣可以少走彎路;其次在設計過程中還要通過查閱數(shù)據(jù), 反復比較調整,以得到最為合理的設計成果。
參考文獻
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