高层建筑型钢转换层结构设计.docVIP

高层建筑型钢转换层结构设计 　　摘要：本文重点结合高层建筑型钢混凝土转换层结构设计的特点及计算结果进行了分析探讨。以供类似建筑工程结构设计提供参考应用。 　　关键词：高层建筑、型钢混凝土、转换层结构设计 　　一、工程简况 　　该建筑是集商业、宾馆和办公于一体的现代化综合性高层建筑。设有负一层地下室，地上主体结构27层（裙房6层），突出屋面的塔楼2层，地面以上建筑总高度107.0 m。1～6层为商业用房，采用钢筋混凝土框架-核心筒结构，6层以上为宾馆及酒店式公寓，采用剪力墙-核心筒结构。为实现这种底部大开间与上部剪力墙之间的转换，在主楼7层设置结构转换层。 　　二、结构方案的选择 　　由于该建筑的特殊要求，底部大空间部分的柱子不能移动，同时根据业主要求，上部框支剪力墙位置也不能移动，由此导致了上部框支剪力墙轴线与底部框支框架轴线错开较多的情况。初步方案拟采用厚板转换层，这样可以解决众多轴线错开的问题。但厚板转换的传力途径不清楚，受力也十分复杂，同时为满足抗剪和抗冲切的要求，初步计算板厚需要2.2～2.8m左右，考虑本工程转换层设置在地面以上32.4m处，大体积混凝土在高空施工难度大。此外，厚板的巨大重量势必会增大下部竖向构件的强度设计要求，同时，由于厚板的重量集中在结构中部，使得结构整体振动性能复杂，且该厚板转换层刚度远大于下层刚度，容易产生应力集中，地震反应强烈，对抗震十分不利。因此，厚板转换层对本工程并不适用。梁式转换层具有传力直接明确，传力途径清晰的优点，并且转换梁受力性能好，施工也比较方便。但采用梁式转换时，应使转换梁直接承托上部剪力墙，尽量减少转换次数，避免主次梁的复杂转换形式。由于本工程上部剪力墙形式各异，底部的柱网间距较大且位置不能移动，主次梁转换形式在所难免，个 人认为，为解决该建筑平面、立面的多样化给结构设计带来的难题，应该突破原有的经验和传统的结构概念，即：经过合理的概念设计、依托规范规程及借助已有电算手段，对主次梁转换形式进行详细分析，采取可靠措施，则主次梁的转换形式是可行的。 　　三、转换梁截面尺寸确定 　　由于框支梁一般按剪压比控制，为初步确定转换梁尺寸，按下式进行计算： 　　Vb≤0.15fcbh/γRE （1） 　　式中fc为转换构件混凝土抗压强度设计值；b、h分别为转换构件截面宽度和高度；Vb≈（0.6～0.8）V0，V0为框支梁按简支状态计算的所有重力荷载作用下支座截面剪力设计值。现拟定框支梁混凝土强度等级为C50，跨度8.4m，γRE=0.85，并根据实际平面布置情况，取截面宽度b≈800mm，按式（1）计算后，梁尺寸为800mm×2500mm（b×h）。实际电算结果是，当梁尺寸为800mm×2800mm时仍有部分框支梁抗剪不足，而根据建筑实际要求，转换梁控制高度为2m。若采用钢骨混凝土梁，根据规范规定：型钢混凝土梁截面尺寸可按下式进行计算： 　　Vb≤0.36fcbh/γRE （2） 　　由（1）、（2）式比较可知，在其他条件不变的情况下，若采用型钢混凝土梁，理论上可使截面高度约降低70%，同时自重的减少可使Vb也减少，进而进一步降低梁高。综上所述，经多次试算后，最终采用型钢混凝土转换主梁与钢筋混凝土转换次梁相结合的主次梁转换方案。 　　四、计算结果分析 　　（一）整体计算 　　为分析主次梁方案的可行性，对该结构进行整体计算。设计参数：采用SATWE、PMSAP软件进行对比计算。风荷载按百年一遇取45kN/m2；抗震等级：框支框架、底部加强区均为一级；裙房为三级；地震作用按剪弯刚度分析模型并考虑扭转耦联，共计算24个振型，结构嵌固部位取在±0.000处。 　　（二）弹性时程分析参数 　　选用天然TH1TG035、人工波RH1TG035及ELcentro波进行计算。地震加速度时程曲线的最大值为35cm/s2，结构阻尼比取5%。时程分析得到的x方向结果。 　　（三）计算结果分析 　　（1）振型曲线符合规律； 　　（2）最大层间位移角1/1000；最大层间位移与平均层间位移之比1.4，均满足规范要求； 　　（3）时程分析的最大位移平均值小于反应谱法计算的位移值，时程分析的最大楼层剪力与弯矩均小于反应谱法的计算值；动力时程反应分析复核结果表明，不需要调整整个楼层构件的内力和配筋。 　　五、建筑型钢混凝土转换梁 　　转换梁为结构的关键部位，而型钢混凝土转换主梁在承托自身上部剪力墙的同时还承托转换次梁及次梁上的剪力墙。为提高其承载力，必将增大转换梁的刚度，但过大的转换梁刚度将导致转换层上下刚度比相差悬殊，对整体抗震性能反而不利。因此，在确保型钢混凝土转换梁承载力情况下，需要对转换梁截面尺寸进行优化。经过多次试算，型钢采用三种截面。考虑所采用的分析程序