復(fù)雜高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　復(fù)雜高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步前進(jìn)，各地高層建筑如雨后春筍，其結(jié)構(gòu)類型和功能更加趨向于多樣化和復(fù)雜化。帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)作為高層商住樓中常用的一種結(jié)構(gòu)體系，滿足了城市規(guī)劃和建筑使用功能的要求。轉(zhuǎn)換層豎向構(gòu)件的不連續(xù)和上下結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變，易使轉(zhuǎn)換層附近的內(nèi)力和剛度發(fā)生突變，甚至出現(xiàn)了抗震薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致傳力路線不明確。所以精心設(shè)計(jì)帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)

2、構(gòu)就顯得特別重要?；诖耍疚木娃D(zhuǎn)換層的類型以及特點(diǎn)進(jìn)行闡述，著重分析了復(fù)雜高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)設(shè)計(jì)，以資參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：帶轉(zhuǎn)換層；高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)： TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　一、概述 </b></p><p>　　隨著我

3、國(guó)經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)經(jīng)常會(huì)構(gòu)思出體型復(fù)雜，內(nèi)部空間靈活多變的復(fù)雜高層建筑方案，其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)遇到了許多難點(diǎn)。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(chǎng)、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(jié)構(gòu)構(gòu)件往往不能上下連續(xù)，需要設(shè)置轉(zhuǎn)換層，通過轉(zhuǎn)換構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)上、下豎向構(gòu)件的過渡。近

4、十幾年來帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)由于其底部大空間，使用靈活方便，在國(guó)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　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(jié)構(gòu)（設(shè)備）類型于該樓層上部與下部，并通過該樓層進(jìn)行結(jié)構(gòu)（設(shè)備）轉(zhuǎn)換，則將該樓層稱為結(jié)構(gòu)（設(shè)備）轉(zhuǎn)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(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。其中空腹桁架、梁

5、式轉(zhuǎn)換層、箱形和板式轉(zhuǎn)換層、斜桿桁架為轉(zhuǎn)換處理常常采用的結(jié)構(gòu)形式。 </p><p>　　二、轉(zhuǎn)換層的類型及特點(diǎn) </p><p>　?。ㄒ唬⑾湫娃D(zhuǎn)換層 </p><p>　　該結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換層可以形成的剛度很大。轉(zhuǎn)換層本身的優(yōu)點(diǎn)是整體性很好，當(dāng)轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)布置較復(fù)雜時(shí)，上下豎向構(gòu)件有效的傳力仍可以得到保證。但從

6、建筑上來看，它會(huì)直接占用整個(gè)樓層的使用面積，通常使得該樓層只能作為設(shè)備層使用。同時(shí)，轉(zhuǎn)換層內(nèi)部的管線布置、設(shè)備布置與剪力墻往往會(huì)發(fā)生沖突。其缺點(diǎn)是造價(jià)高、自重大等；其內(nèi)力作用從結(jié)構(gòu)分析角度考慮，施工難度及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都較大，因此很少應(yīng)用在實(shí)際工程中。 </p><p>　?。ǘ?、梁式轉(zhuǎn)換層 </p><p>　　框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系一般運(yùn)用于底部大空間中。當(dāng)需要同時(shí)轉(zhuǎn)換縱橫兩個(gè)方向時(shí)，則采用雙

7、向梁布置。梁式轉(zhuǎn)換層的傳力較為明確,施工和設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，是轉(zhuǎn)換型式中目前應(yīng)用最為廣泛的。當(dāng)上下軸線錯(cuò)位布置時(shí)，它的缺點(diǎn)在于,轉(zhuǎn)換次梁需增設(shè)多個(gè), 空間受力比較復(fù)雜，此時(shí)應(yīng)對(duì)框支主梁進(jìn)行應(yīng)力分析。 </p><p>　?。ㄈ?、桁架式轉(zhuǎn)換層 </p><p>　　由梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層變化而來的這種結(jié)構(gòu)形式，是由多榀鋼筋混凝土桁架組成的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)換層上下樓面的結(jié)構(gòu)層內(nèi)分別設(shè)桁架的上下弦桿，腹桿設(shè)在

8、層間。由于桁架高度較高，所以下弦桿截面尺寸相對(duì)較小。桁架分為實(shí)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(jié)構(gòu)中常用鋼筋混凝土桁架。它的整體性與梁式轉(zhuǎn)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(hù)等，但在施工上較為復(fù)雜，在設(shè)計(jì)上表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)難度較大。桁架轉(zhuǎn)換層的基本設(shè)計(jì)原則是“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，強(qiáng)斜腹桿”，而節(jié)點(diǎn)容易發(fā)生剪切破壞，受力復(fù)雜，造成配筋過多。桁架轉(zhuǎn)換式通常在3m 以

9、上對(duì)其高度進(jìn)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(chǎn)生脆性破壞。 </p><p>　?。ㄋ模?、厚板式轉(zhuǎn)換層 </p><p>　　板式轉(zhuǎn)換層即是當(dāng)上下柱網(wǎng)難以用梁直接承托，錯(cuò)位較多時(shí)，則需做成厚板?？筛鶕?jù)上部結(jié)構(gòu)荷載、柱網(wǎng)尺寸綜合定出厚板的厚度。板式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)勢(shì)在于，上部結(jié)構(gòu)布局對(duì)下部柱網(wǎng)的影響較小，可靈活布置。厚板式結(jié)構(gòu)可以形成一個(gè)承臺(tái)，剛度很大，施工較為便捷，而且整體

10、性也較好。但在地震作用下，由于厚板自重很大，容易產(chǎn)生震害，且經(jīng)濟(jì)性較差，材料耗用多。 </p><p>　　三、復(fù)雜高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) </p><p>　　（一）、部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)在地面以上設(shè)置轉(zhuǎn)換層的位置 </p><p>　　底部帶轉(zhuǎn)換層的大空間剪力墻結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展，促使許多工程的轉(zhuǎn)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

11、殊工程轉(zhuǎn)換層，中國(guó)建筑科學(xué)研究院針對(duì)框支剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能，研究了轉(zhuǎn)換層高度的影響。其研究得出，轉(zhuǎn)換層位置較高時(shí)，在轉(zhuǎn)換層附近更易使框支剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、剛度發(fā)生突變，容易形成薄弱層，轉(zhuǎn)換層下部的框支結(jié)構(gòu)及落地剪力墻很容易屈服和開裂，上部幾層墻體在轉(zhuǎn)換層附近易于破壞。因此，轉(zhuǎn)換層的位置不宜太高。我國(guó)規(guī)范也做了相應(yīng)規(guī)定：Ⅷ度時(shí)不宜超過 3層，Ⅶ度時(shí)不宜超過5層，Ⅵ度時(shí)可適當(dāng)提高。由于轉(zhuǎn)換層位置的升高，結(jié)構(gòu)傳力路徑變得越復(fù)雜、內(nèi)力變化較大，

12、規(guī)定的剪力墻底部加強(qiáng)范圍也隨之增大，可取轉(zhuǎn)換層加上轉(zhuǎn)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(shí)際工程中轉(zhuǎn)換層位置的選擇應(yīng)根據(jù)受力合理，經(jīng)濟(jì)可行的原則進(jìn)行確定。 </p><p>　?。ǘ?、托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì) </p><p>　　當(dāng)上部結(jié)構(gòu)用普通框架轉(zhuǎn)換梁承托時(shí)，在常用截面尺寸范圍內(nèi)，和普通梁相比轉(zhuǎn)換梁的受力基本相同，進(jìn)行配筋計(jì)算可按普通梁截面設(shè)計(jì)方法；當(dāng)上部

13、用斜桿框架轉(zhuǎn)換梁承托時(shí)，將承受軸向拉力于轉(zhuǎn)換梁內(nèi)，此時(shí)進(jìn)行截面設(shè)計(jì)應(yīng)按偏心受拉構(gòu)件。此外，由于轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上層框架梁柱受力復(fù)雜且會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按相關(guān)規(guī)范予以加強(qiáng)。 </p><p>　?。ㄈ⑼袎π问睫D(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì) </p><p>　　實(shí)際工程中，托墻型式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算方法可以在整體空間分析程序計(jì)算的基礎(chǔ)上，利用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系列軟件中的FEQ程序?qū)蛑Ъ袅M(jìn)行有限元分

14、析及配筋設(shè)計(jì)。計(jì)算簡(jiǎn)圖可近似取轉(zhuǎn)換層以上的3～4層墻體和下部一層結(jié)構(gòu)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。 </p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托的上部墻體滿跨不開洞布置時(shí)，上部墻體與轉(zhuǎn)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(shí)轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法宜采用應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法或深梁截面設(shè)計(jì)方法，且應(yīng)沿全梁高適當(dāng)分布配置計(jì)算縱向鋼筋。由于上部墻體中拱效應(yīng)的存在以及轉(zhuǎn)換梁與上部墻共同發(fā)生彎曲變形

15、使得轉(zhuǎn)換梁處于整體彎曲變形的受拉翼緣，因此會(huì)在轉(zhuǎn)換梁跨中存在較大范圍的軸向拉力，故不宜彎起和截?cái)嗟撞靠v向鋼筋，應(yīng)全部伸入支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托開較多門窗洞且上部墻體滿跨或剪力墻的長(zhǎng)度較大但不滿跨時(shí)，轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法也宜采用應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法或深梁截面設(shè)計(jì)方法，則沿梁下部適當(dāng)配置分布縱向鋼筋，且不宜彎起和截?cái)嗟撞靠v向鋼筋，應(yīng)全部伸入支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托的上部墻體為小墻肢時(shí)，進(jìn)行配筋計(jì)算時(shí)可按普通梁的截面設(shè)計(jì)方法，在轉(zhuǎn)換梁的底部縱向鋼筋亦可按普通

16、梁集中布置。 </p><p>　?。ㄋ模?、轉(zhuǎn)換層樓板設(shè)計(jì)要點(diǎn) </p><p>　　以轉(zhuǎn)換層為上下結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換分界面的框支剪力墻結(jié)構(gòu)中，豎向荷載和水平荷載在上下兩部分引起的內(nèi)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(chǎn)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(zhuǎn)換層處荷載產(chǎn)生分配突變。完成上下部分剪力重

17、分配的任務(wù)就由轉(zhuǎn)換層樓板承擔(dān)。由于自身平面內(nèi)的剪力和彎矩在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換層樓板作保證。實(shí)際工程中，轉(zhuǎn)換層樓板通常采用的厚度為200 mm，三級(jí)鋼直徑14間距100雙層雙向整板拉通配置，配筋率達(dá)到0.28%，滿足規(guī)范要求?；炷翗?biāo)號(hào)通常與轉(zhuǎn)換墻柱的砼標(biāo)號(hào)一致。 </p><p><b>　　四、總結(jié) </b></p><p&

18、gt;　　通過工程實(shí)踐，體會(huì)到在對(duì)帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)時(shí)，其結(jié)構(gòu)布置往往比較復(fù)雜。因此，應(yīng)盡可能使其在平面布置上簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，并應(yīng)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(gòu)件設(shè)計(jì)的特殊性。另外，由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的工程量巨大以及復(fù)雜性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的基本概念的把握，這樣可以少走彎路；其次在設(shè)計(jì)過程中還要通過查閱數(shù)據(jù), 反復(fù)比較調(diào)整，以得到最為合理的設(shè)計(jì)成果。 </p><p&

19、gt;<b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]謝曉鋒. 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題[J]. 廣東土木與建筑,2004,02:9-11. </p><p>　　[2]沈榮飛. 復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的若干關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D].同濟(jì)大學(xué),2007. </p><p>　　[3]譚麗娜. 帶梁式轉(zhuǎn)換層的復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)倒塌機(jī)理研