试析高层建筑转换层结构设计.docVIP

精品论文 参考文献 试析高层建筑转换层结构设计 （机械工业第四设计研究院有限公司，河南洛阳471039） 摘要：高层建筑是建筑工程的发展趋势，高层建筑的出现极大提高了土地资源的利用率，实现了建筑物多功能化应用的需求，但是楼层高度的增加及其空间分布对转换层的施工提出了更高要求，因此，高层建筑转换层结构设计要满足建筑结构上部空间较小、下部结构空间开阔的要求，并提高转换层结构设计的合理性。 关键词：高层建筑；转换层；结构设计 前言 目前，我国的高层建筑数量越来越多，我国拥有世界上数目最多的的高层建筑，据不完全统计，我国超过300m的高层建筑有300多座，居世界首位。全球超高层建筑的平均高度也在逐年升高，人们对建筑功能的要求也越来越多，如何保证建筑转换结构的安全是高层建筑结构设计中的一个难题。 1转换层的定义和功能 高层建筑的高度较高，其下部结构承载的压力较大，上部结构受力较小，在高层建筑的下部，应当设置较强的承载力结构，这和建筑功能要求及常规结构设置产生矛盾，因此在高层建筑结构中必须有转换结构，实现楼体结构的自然过渡和轴线布置合理。转化层结构保证高层建筑的上部竖向杆件不直接贯通落地，有效提升了下层结构的使用空间要求。通常而言，转换层结构可以分为三种：（1）上下层不同结构类型转换层，这种转换层在楼体上部为剪力墙和框架剪力墙结构中应用较多，它为剪力墙结构创造了内部自由空间；（2）上下层柱网、轴线改变转换层，它没有改变转换层的上下结构形式，但使下层的柱间距变大，常用于外框筒下层；（3）改变结构形式和结构轴线位置的转化层，这种结构把转换层的轴线错开，形成上下结构不齐的结构布置。在实际工程建设中常用的转换层有梁式、箱式、板式、架式等多种结构形式。 2高层建筑转换结构类型及适用性 结构转换层是指建筑上下部差异较大时，建筑结构通过上下部不用的结构形式布置，如底框-抗震墙结构，结构上部采用抗震性能较好的抗震墙结构，底部使用大空间框架，在保证建筑的适用的同时，保证建筑上下部???构的安全。理论上，建筑结构底部受力比较大，上部结构受力较小，因此需要在结构的底部布置较多的抗震墙或密柱等形成具有较大刚度的底部结构，上部可逐渐减少结构竖向抗侧力构件；但建筑设计往往是底部需要大空间的结构，上部布置空间较小的结构，这时就需要布置建筑结构转换层，以保证上部结构力进行可靠的竖向传递。 2.1梁式转换结构 梁式转换结构是指结构下部采用巨型框架，利用钢筋混凝土梁、钢骨梁、预制钢筋混凝土梁来承受上部密柱或抗震墙结构的一种转换形式，结构传力明确，竖向导荷路径比较明确，容易计算，因此应用比较广泛。缺点是：结构竖向层数较多，因此需要梁的截面较高，因而使得结构的自重和抗侧刚度较大，地震反应也比较大。梁式转换的常用结构形式如图1所示： 梁式转换结构的传力途径是上部结构墙（柱）－梁（转换）－下部墙（柱），传力直接，结构设计时，应保证转换层结构下部有足够的刚度，弱化转换层结构上部结构的刚度。当上部墙体长度小于装换梁计算跨度的2/10时，近似忽略梁与上部结构墙体共同作用，结构计算应按照梁杆系模型进行分析。其余情况下，应按照实体有限元模型进行计算。结构设计时应采用“墙柱弱梁强节点，强剪弱弯强底柱”的设计原则，以提高结构的承载能力和延性。 2.2厚板转换结构 厚板结构是指利用厚板承受上部抗侧构件传来的地震力的结构形式，厚板通常布置在结构的底部。厚板结构受力比较复杂，上部剪力墙传来的荷载形式复杂，分布不规则，上部有剪力墙的位置厚板受力比较大，厚板角部受力较小。在对厚板结构进行竖向内力分析时，应考虑整体弯曲和局部弯曲的叠加效应。受板厚的影响，结构自振频率增加，在相同的策动力激励下，结构竖向动力反应增加。厚板结构除了弯曲应力之外，还存在薄膜应力，随转换层上部结构的层数增加，厚板薄膜应力变化较大，应将转换层上下结构作为一个整体进行分析。 结构设计时，取结构板厚为下部支撑点距的1/4～1/3，局部可根据剪力墙的位置进行增减，以减轻结构自重，提高结构的经济性。在柱、剪力墙位置，须对厚板进行抗冲切验算。考虑厚板大体积混凝土的收缩应力，应在厚板上下抗弯钢筋之间配置双向水平钢筋网和竖向钢筋。 2.3桁架式转换结构 桁架式转换结构是指在结构中布置多榀钢筋混凝土桁架，桁架弦杆和腹杆布置在结构楼面和楼层中部位置。通常将布置竖向腹杆和斜腹杆的桁架转换结构成为实腹式转换结构，不布置竖向腹杆和斜腹杆的称为空腹式桁架转换结构。桁架式转换结构承受竖向荷载、水平荷载，转换层内部杆