芻議建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p>　　芻議建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　摘要：本文闡述了高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的主要特點，介紹了建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　中圖分類號：TU984 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　隨著我國城市化的飛速發(fā)展，當前社會對于高

2、層建筑功能方面的要求也越來越高。從建筑功能上來說，建筑底部需要建設(shè)大開間的商場、餐廳等，而上部則多用于墻板、梁柱較多的住宅、辦公等場所。為了在高層建筑中實現(xiàn)正陽的結(jié)構(gòu)設(shè)計，就應(yīng)該在建筑物的上下部之間設(shè)置轉(zhuǎn)換層，以保證受力的正確傳遞。 </p><p>　　1 高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的主要特點 </p><p>　　近年來高層建筑發(fā)展迅速，建筑朝體型復(fù)雜、功能多樣的綜合性方向發(fā)展，因而相應(yīng)的結(jié)構(gòu)

3、形式也復(fù)雜多樣。后來陸續(xù)開始在高層住宅底層設(shè)置生活福利設(shè)施，并且開始大量興建集吃、住、辦公、購物、停車等為一體的多功能綜合性高層建筑，尤其是在城市主干道兩側(cè)，并已成為現(xiàn)代高層建筑的一大趨勢。高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層具有以下幾方面的特點： </p><p>　　1.1 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要承受其上部結(jié)構(gòu)所傳下來的巨大豎向荷載或懸掛下部結(jié)構(gòu)的多層荷載，使得轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力很大，豎向荷載成了控制轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計的主要因素。 &

4、lt;/p><p>　　1.2 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件通常具有數(shù)倍于上部結(jié)構(gòu)的跨度，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件的豎向撓度成為嚴格控制的目標。因此為保證轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)有足夠的強度和剛度，致使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸不可避免地高而大。 </p><p>　　1.3 結(jié)構(gòu)中由于設(shè)置了轉(zhuǎn)換層，沿建筑物高度方向剛度的均勻性會受到很大的破壞，力的傳遞途徑有大的改變，為豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，這決定了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)不能以通常結(jié)構(gòu)來進行分析和設(shè)計。豎向不規(guī)

5、則結(jié)構(gòu)的定義見抗規(guī)第3.4.2條規(guī)定， </p><p>　　2 建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題 </p><p>　　2.1 轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置 </p><p>　　轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置時，應(yīng)注意以下幾點： </p><p>　　2.1.1 轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層上部的部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地，因此，必須設(shè)置安全可靠的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。按現(xiàn)

6、有的工程經(jīng)驗和研究結(jié)果，轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用轉(zhuǎn)換大梁、桁架、空腹桁架、斜撐、箱形結(jié)構(gòu)以及厚板等形式。 </p><p>　　2.1.2 厚板轉(zhuǎn)換在地震區(qū)使用經(jīng)驗較少，可在非地震區(qū)和6度抗震設(shè)計時采用，對于大空間地下室，因周圍有約束作用，地震反應(yīng)小于地面以上的框支結(jié)構(gòu)，故7度，8度抗震設(shè)計時的地下室可采用厚板轉(zhuǎn)換層。 </p><p>　　2.1.3 高規(guī)規(guī)定了幾條重要原則：帶轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)的內(nèi)

7、筒應(yīng)全部上、下貫通落地并按剛度要求增加墻厚；框支剪力墻結(jié)構(gòu)要有足夠的剪力墻上、下貫通落地并按剛度比要求增加墻厚；長矩形平面的框支剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計時，其落地剪力墻的間距按原規(guī)程適當加嚴，比原規(guī)程增加了限制落地柱周圍的樓板不應(yīng)錯層的規(guī)定這幾點的原則是防止轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)破壞的基本要求，特別是對于抗震設(shè)計的結(jié)構(gòu)，要求更加嚴格。 </p><p>　　遵守這些原則就可控制剛度突變，減少內(nèi)力傳遞的突變程度縮短轉(zhuǎn)換層上、下

8、結(jié)構(gòu)內(nèi)力傳遞途徑，保證轉(zhuǎn)換層樓蓋有足夠的剛度以傳遞不同抗側(cè)力結(jié)構(gòu)之間的剪力，防止框支柱因樓蓋錯層發(fā)生破壞。 </p><p>　　2.1.4 框支剪力墻轉(zhuǎn)換梁上一層墻體內(nèi)不宜設(shè)邊門洞、中柱上方不宜設(shè)門洞。試驗研究和計算分析說明，這些門洞使框支梁的剪力大幅度增加，邊門洞小墻肢應(yīng)力集中，很容易破壞。此外，落地剪力墻和筒體的洞口宜在墻體的中部，以便使落地剪力墻各墻肢受力比較均勻。 </p><p&g

9、t;　　2.2 轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計 </p><p>　　帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)中，由于設(shè)置了轉(zhuǎn)換層，沿建筑物高度方向剛度的均勻性受到很大的破壞，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)豎向承載力構(gòu)件不連續(xù)和墻、柱截面的突變，導(dǎo)致傳力路線曲折、變形集中和應(yīng)力集中，因此轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震性能較差。轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計應(yīng)注意以下幾方面的措施： </p><p>　　2.2.1 抗震設(shè)計時，高位轉(zhuǎn)換對結(jié)構(gòu)受力十

10、分不利。計算分析說明，在水平地震作用下，傾覆力矩分布曲線在轉(zhuǎn)換層處呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)換層下部是以剪力墻為主的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，落地剪力墻所分配的傾覆力矩由轉(zhuǎn)換層往下遞增較快，而支撐框架的傾覆力矩遞增很少。 </p><p>　　2.2.2 在轉(zhuǎn)換層處，框支剪力墻的大量剪力通過樓板傳遞給落地剪力墻，這也是傾覆力矩曲線呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折的原因。當轉(zhuǎn)換層位置較高時，剪力分配和傳力途徑亦發(fā)生急劇的突變，落地剪力墻更容易產(chǎn)生裂縫，框支剪力

11、墻在轉(zhuǎn)換層上部的墻體所受內(nèi)力很大，易于破壞，轉(zhuǎn)換層下部的支承框架更易于屈服，從而容易形成幾個薄弱層。 </p><p>　　因此，為保證設(shè)計的安全性，規(guī)定部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)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，已經(jīng)為特一級時不再提高，提高其抗震構(gòu)造措施，而對于底部帶轉(zhuǎn)換層的框架-核心筒結(jié)構(gòu)和外圍為密柱框架的筒中筒結(jié)構(gòu)的抗震等級不必提高底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑在

12、我國已大量建造，但至今未經(jīng)受到大地震的考驗。其轉(zhuǎn)換層上部樓層的部分豎向構(gòu)件不能連續(xù)貫通至下部樓層，因此，轉(zhuǎn)換層是薄弱樓層，其地震剪力需乘以1.15的增大系數(shù)。設(shè)計中不要誤認為只要樓層側(cè)向剛度滿足要求，該樓層就不是薄弱層。 </p><p>　　2.2.3 對轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用的計算內(nèi)力需調(diào)整增大；8度抗震設(shè)計時，還應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。轉(zhuǎn)換構(gòu)件的豎向地震作用，可采用反應(yīng)譜方法或動力時程分析方法計算：

13、作為近似考慮，也可將轉(zhuǎn)換構(gòu)件在重力荷載標準作用下的內(nèi)力乘以增大系數(shù)1.1，高規(guī)中對框支柱的內(nèi)力增大幅度比較高；轉(zhuǎn)換層位置在3層及3層以上的結(jié)構(gòu)對抗震更為不利，其內(nèi)力增大幅度也適當提高。 </p><p>　　2.3 轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比的合理取值 </p><p>　　轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比計算時宜綜合考慮各構(gòu)件的剪切、彎曲和軸向變形對結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響。 </p>

14、;<p>　　2.3.1 當轉(zhuǎn)換層設(shè)置在2層及2層以上時，其樓層側(cè)向剛度尚不應(yīng)小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的0.6 ，在新高規(guī)附錄E.0.2中比02規(guī)程新增加了這條規(guī)定，這一規(guī)定是為了防止出現(xiàn)轉(zhuǎn)換層的下部樓層剛度較大，而轉(zhuǎn)換層本層的側(cè)向剛度較小，此時等效側(cè)向剛度比雖能滿足限值要求，但轉(zhuǎn)換層本層的側(cè)向剛度過于柔軟、層側(cè)向剛度比的限值取60%，與美國規(guī)范（IBC-2000）的規(guī)定相同。 </p><p>　

15、　2.3.2 當轉(zhuǎn)換層設(shè)置在2層及2層以上時，應(yīng)按高規(guī)規(guī)定分別計算等效剪切剛度比和轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比，設(shè)計中應(yīng)同時滿足這兩種剛度比的限制條件。高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中轉(zhuǎn)換層上 下層主體結(jié)構(gòu)的剪切剛度比（γe1）的合理取值： </p><p>　　1）擴大外圍柱距的框筒結(jié)構(gòu)或內(nèi)部抽柱的框架結(jié)構(gòu)。對這種情況的結(jié)構(gòu)，γe1應(yīng)取1，即保持上、下層剪切剛度不變。 </p><p&g

16、t;　　在一般情況下，由于建筑功能上要求下部柱子截面小，層高要比上層高許多，因此很難滿足上述要求。此時建議轉(zhuǎn)換層以下采用鋼骨混凝土柱或鋼管混凝土柱，這樣來調(diào)整柱的截面面積、剛度和延性，從而達到滿足建筑功能的要求。但這時應(yīng)特別注意轉(zhuǎn)換層上、下的連接，當轉(zhuǎn)換層上部為鋼筋混凝土時，應(yīng)將下部鋼骨混凝土柱錨入轉(zhuǎn)換層內(nèi)。 </p><p>　　2）底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)。由于底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)的底層高大以及部分剪力墻不落地改

17、為框支后，底部剛度顯著減小，為防止底部層剛度突變，應(yīng)控制轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比（γe1）：當?shù)撞看罂臻g為1層時，轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)等效剪切剛度比γe1宜接近1，非抗震設(shè)計時γe1不應(yīng)小于0.4，抗震設(shè)計時γe1不應(yīng)大于0.5。 </p><p><b>　　3 結(jié)束語 </b></p><p>　　綜上所述，在進行實際工程設(shè)計時，應(yīng)從建筑功能、結(jié)構(gòu)受力、

18、設(shè)備使用、經(jīng)濟合理等多方面入手進行結(jié)構(gòu)的選型和柱網(wǎng)布置，使之更加適合建筑要求。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 李中軍，徐茂江，李龍.預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu)學報，2008，（11）. </p><p>　　[2] 覃文勝.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，