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高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析

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　摘 要：隨著社會以及科技的進步，高層建筑也已經(jīng)在不斷的發(fā)展起來，而且在不斷地向著多樣性以及空間的多變形等綜合性方向發(fā)展，而在高層建筑中一個主要的趨向就是轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)工程，本文就帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑對各種轉(zhuǎn)換型式進行評述，提出轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題，并相應(yīng)地給出概念設(shè)計的措施。

　　一、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的幾種型式及其設(shè)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(fù)雜化，使得建筑結(jié)構(gòu)也隨之變化。為了適應(yīng)上部小空間下部大空間的功能需要，需在兩種結(jié)構(gòu)的交接部位設(shè)置過渡結(jié)構(gòu)，也就是所謂的轉(zhuǎn)換層。因高層建筑結(jié)構(gòu)的多樣性，也呈現(xiàn)多種形式： 　　1、轉(zhuǎn)換層形式一：板式轉(zhuǎn)換 　　整體來講，板式轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)型式來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。板式轉(zhuǎn)換最大的優(yōu)點是可以在轉(zhuǎn)換層以上隨意布置結(jié)構(gòu)型式和軸網(wǎng)，特別適用于建筑物上下部軸網(wǎng)錯位復(fù)雜甚至互不正交的情況。由于抗剪和抗沖切的需要，轉(zhuǎn)換板厚一般在2M以上，這一方面造成轉(zhuǎn)換層質(zhì)量和剛度的突變，在地震作用時結(jié)構(gòu)反應(yīng)增大，轉(zhuǎn)換層上下相鄰層更成為結(jié)構(gòu)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(gòu)件的荷載明顯增大，設(shè)計難度大。 　　2、轉(zhuǎn)換層形式二：梁式轉(zhuǎn)換 　　實際工程中，轉(zhuǎn)換層常兼作設(shè)備層，轉(zhuǎn)換梁腹部要開設(shè)洞口以便設(shè)備管道的通過，因此轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換具有傳力路徑清晰快捷，施工方便，構(gòu)造簡單，工作可靠等特點，轉(zhuǎn)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(yù)應(yīng)力混凝土等方法來減小截面尺寸。在進行轉(zhuǎn)換梁設(shè)計時，要特別注意對轉(zhuǎn)換大梁與上部結(jié)構(gòu)共同工作程度的分析。 　　3、轉(zhuǎn)換層形式三：桁架轉(zhuǎn)換 　　桁架分為空腹桁架與實腹桁架兩種。桁架轉(zhuǎn)換層與梁式轉(zhuǎn)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(shè)計難度大，“強斜腹桿、強節(jié)點”是桁架轉(zhuǎn)換層設(shè)計的基本原則，而節(jié)點的受力狀態(tài)復(fù)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(zhuǎn)換的應(yīng)用。 　　4、其它轉(zhuǎn)換型式 　　其它轉(zhuǎn)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(nèi)建筑結(jié)構(gòu)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(shè)計方法，在未形成巨型結(jié)構(gòu)之前應(yīng)合理地解決臨時支撐和保證足夠的抗側(cè)剛度;巨型梁以下幾層范圍內(nèi)的柱內(nèi)存在拉應(yīng)力，應(yīng)按受拉構(gòu)件進行設(shè)計。 　　(2)斜柱轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換中會產(chǎn)生較大的水平荷載，在實際工程中可以結(jié)合建筑物的平面布置，通過加設(shè)圈梁或拉梁，使其以最短的路徑相互平衡，轉(zhuǎn)換斜柱盡可能通過較多的樓層，以減小其在上下樓層產(chǎn)生的水平力，使轉(zhuǎn)換層設(shè)計更加方便。 　　二、高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則 　　轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的概念：指在整個建筑結(jié)構(gòu)體系中，合理解決豎向結(jié)構(gòu)的突變性轉(zhuǎn)化和平面的連續(xù)性變化的結(jié)構(gòu)單元體系，為了滿足城市建筑功能的要求,那么結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換層的設(shè)置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時在轉(zhuǎn)換層上下容易形成薄弱環(huán)節(jié)，對結(jié)構(gòu)抗震不利，所以在設(shè)計轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時應(yīng)遵循以下原則： 　　1、布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時,注意使盡可能多的上部豎向結(jié)構(gòu)能向下落地連續(xù)貫通,尤其框架核心筒結(jié)構(gòu)中核心筒應(yīng)上下貫通. 　　2、弱化上部，強化下部，抗震設(shè)計時應(yīng)保證轉(zhuǎn)換層上、下部主體結(jié)構(gòu)的總剪切剛度比值滿足下式：式中： 分別為轉(zhuǎn)換層上部第I 樓層、下部第J 樓層的主體豎向結(jié)構(gòu)總剪切剛度。 　　3、盡可能減少需結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，直接落地的豎向構(gòu)件越多，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)越少，轉(zhuǎn)換層造成的剛度突變就越小，對結(jié)構(gòu)抗震更有利。 　　4、優(yōu)化轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。選擇具有明確傳力路徑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式，以便于結(jié)構(gòu)分析設(shè)計和保證施工質(zhì)量。 　　5、將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)計算分析.必要時可采用有限元方法對轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進行局部補充計算。 　　三、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)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(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式的選擇必須與建筑相互配合。 　　(1)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式的選擇應(yīng)與建筑外觀相結(jié)合，如巨型框架、拱式轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)必須服從于建筑功能的實現(xiàn)，實際工程中常常將設(shè)備層兼作轉(zhuǎn)換層，此時轉(zhuǎn)換層中要有足夠的空間讓設(shè)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(zhuǎn)換。 　　2、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度的合理選擇 　　在進行轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，存在著轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度合理值的問題。當轉(zhuǎn)換層剛度過大時，一方面引起地震反應(yīng)和結(jié)構(gòu)豎向剛度的突然增大，使轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)經(jīng)濟性不合理。當轉(zhuǎn)換層剛度過小時，上部框支部分的豎向構(gòu)件與其它豎向構(gòu)件之間可能出現(xiàn)較大的沉降差，從而在上部結(jié)構(gòu)中與該部分豎向構(gòu)件相連的水平構(gòu)件中產(chǎn)生明顯的次應(yīng)力，導(dǎo)致其配筋增加。 　　3、轉(zhuǎn)換層下部主體結(jié)構(gòu)的剛度分布 　　對于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)來說：豎向剛度突變也是最復(fù)雜的問題，是不可避免的。為了保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上下層主體結(jié)構(gòu)的總剪切剛度滿足要求，抗震設(shè)計時，常常要采用加大轉(zhuǎn)換層下部主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件截面尺寸、提高其混凝土強度等級、增設(shè)剪力墻等方法。 　　4、逆向轉(zhuǎn)換 　　逆向轉(zhuǎn)換是一種轉(zhuǎn)換層類似倒置的常規(guī)轉(zhuǎn)換層特殊的結(jié)構(gòu)，故稱為逆向轉(zhuǎn)換層。斜柱轉(zhuǎn)換和桁架轉(zhuǎn)換傳力路徑明確，剛度較小，最適用于逆向轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，在工程中可結(jié)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(dǎo)致相互間的豎向壓縮位移差，在下部結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件中產(chǎn)生較大的次應(yīng)力。為了避免由此引起的結(jié)構(gòu)問題，在柱網(wǎng)發(fā)生變化處必須設(shè)置轉(zhuǎn)換層，以調(diào)整下部柱網(wǎng)中各柱的荷載趨于均勻。 　　四、注意事項 　　1、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層型式多且各具特點，設(shè)計時應(yīng)結(jié)合工程實際情況加以選用，對于復(fù)雜工程可采用多個方案綜合比較和選用的方法。 　　2、注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計，合理的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計中，應(yīng)注意選擇適當?shù)霓D(zhuǎn)換梁剛度，減小由于轉(zhuǎn)換次梁的支座沉降引起的次應(yīng)力。 　　4、在加強轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)時，要避免由于剛度分布不均勻引起扭轉(zhuǎn)或剛度過于集中而導(dǎo)致不安全。 　　五、結(jié)束語 　　高層建筑體現(xiàn)一個城市建設(shè)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(yīng)的結(jié)合起來,有效地把建筑風格融合到城市的環(huán)境中去設(shè)計，是每個建設(shè)者需要考慮的問題。
發(fā)布：2007-07-25 10:44    編輯：泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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