梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計與運(yùn)用

1、<p>　　梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計與運(yùn)用</p><p>　　摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，人們對高層建筑的功能要求趨向于多樣化、綜合化和全面化。于是，帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)孕育而生，并在近年來得到較為廣泛的應(yīng)用。 </p><p>　　關(guān)鍵字：高層建筑;轉(zhuǎn)換層的設(shè)計;運(yùn)用初探 </p><p>　　Abstract: With the development

2、of China's sustained and rapid economic development, people on the requirements of high-rise buildings tend to be diversified, integrated and comprehensive. So, building structure with transfer story born, and in rec

3、ent years has been widely used. </p><p>　　Key words: high-rise building conversion layer; design; application </p><p>　　中圖分類號：[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號： </p><p>　　1.轉(zhuǎn)換層的概念、結(jié)構(gòu)特性和設(shè)計原則 <

4、/p><p><b>　　1.1概念。 </b></p><p>　　在恒載作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)下部樓層受力很大，上部樓層受力較小，正常的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)是下部剛度大，墻體多、柱網(wǎng)密，到上部漸漸減少墻、柱的數(shù)量，以擴(kuò)大柱網(wǎng)。這樣，結(jié)構(gòu)的正常布置與建筑功能對空間的要求正好相反。因此，為滿足建筑功能的要求，結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行“反常規(guī)設(shè)計”，即將上部布置小空間，下部布置大空間；上部布置剛度

5、大的剪力墻，下部布置剛度小的框架柱。為了實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)布置，就必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)計水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，即轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。 </p><p><b>　　1.2結(jié)構(gòu)特性 </b></p><p>　　高層建筑轉(zhuǎn)換層按照結(jié)構(gòu)型式來分類主要有以下幾種：梁—柱體系、桁架體系、墻梁體系、厚板轉(zhuǎn)換體系等，其中以梁—柱體系最為常用。如：建筑上、下部分之間結(jié)構(gòu)類型的轉(zhuǎn)換，此類建筑上部和下部采

6、用的結(jié)構(gòu)形式不同；或建筑上、下部分之間的柱網(wǎng)尺寸不同，這種建筑雖然上下部分的結(jié)構(gòu)類型相同，但通常需要通過轉(zhuǎn)換層，擴(kuò)大其下部結(jié)構(gòu)的柱距，以形成大柱網(wǎng)。同時具備轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和擴(kuò)大軸線尺寸的混合形式。梁式轉(zhuǎn)換層具有傳力清晰，受力簡單明確，構(gòu)造簡單、易于施工，同時相對其他轉(zhuǎn)換層，更具合理的經(jīng)濟(jì)性。 </p><p><b>　　1.3設(shè)計原則 </b></p><p>　　梁式轉(zhuǎn)

7、換層因豎向剛度的突變形而成薄弱層，對整個結(jié)構(gòu)的抗震不利，故采用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：盡可能減少需要轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，直接落地的豎向構(gòu)件越多，轉(zhuǎn)換構(gòu)件越少，轉(zhuǎn)換層造成的剛度突變相對變小，對結(jié)構(gòu)抗震有利，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在高層建筑豎向的位置宜低不宜高，同時盡可能對稱設(shè)置轉(zhuǎn)換豎向構(gòu)件并且盡量讓建筑沿高度的變化的同時剛度均勻變化。優(yōu)化轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，在滿足建筑物安全和經(jīng)濟(jì)要求的前提下，轉(zhuǎn)換剛度宜小不宜大。 </p><p>

8、;　　2.轉(zhuǎn)換層的受力特點(diǎn) </p><p>　　2.1梁的共同受力特性 </p><p>　　轉(zhuǎn)換梁主要承受豎向荷載作用,其受力特點(diǎn)主要在豎向荷載作用下的受力。實際測量,轉(zhuǎn)換梁有與其承托的上層結(jié)構(gòu)共同受力的特性，轉(zhuǎn)換梁上面的墻體開洞對其內(nèi)力結(jié)果有很大的影響。對托墻型梁式轉(zhuǎn)換層而言，共同受力的墻體層數(shù)與轉(zhuǎn)換層的跨度有直接關(guān)系。協(xié)同受力的顯著表現(xiàn)在于轉(zhuǎn)換梁上部結(jié)構(gòu)各樓層梁上的彎矩趨于均勻，軸

9、力的分布則是底層轉(zhuǎn)換梁出現(xiàn)最大拉力，設(shè)計中考慮轉(zhuǎn)換梁與上部框架梁共同受力時，轉(zhuǎn)換梁上部框架可作為空腹桁架。 </p><p>　　2.2轉(zhuǎn)換梁受力分析 </p><p>　　2.2.1轉(zhuǎn)換梁與上部結(jié)構(gòu)整體彎曲變形。 </p><p>　　如上所述,轉(zhuǎn)換層與上部結(jié)構(gòu)有共同受力的特點(diǎn)，對托墻情況，轉(zhuǎn)換梁處于整體彎曲的受拉翼緣，若單獨(dú)考慮轉(zhuǎn)換梁，其所受的彎矩由于剪力墻的共

10、同受力能力將降低。同時，由于處于受拉翼緣，應(yīng)力積分后轉(zhuǎn)換梁中就會出現(xiàn)軸向拉力。這種整體彎曲會隨著上部墻肢長度變短而作用范圍快速縮小，當(dāng)上部墻體為小墻肢時，或?qū)ν兄娃D(zhuǎn)換梁，這種影響只限于小墻肢或柱下較小的范圍內(nèi)。 </p><p>　　2.2.2轉(zhuǎn)換梁上局部區(qū)域傳力拱的作用。 </p><p>　　由于豎向傳力拱作用，使得上部墻體上的豎向荷載傳到轉(zhuǎn)換梁時，很大一部分荷載將變成斜向荷載作用于

11、梁上,如果將這斜向荷載分解為垂直和水平等效荷載形式，則垂直荷載作用下的彎矩肯定要小于不考慮墻體作用，那水平分力作用，就形成了轉(zhuǎn)換梁跨中一定區(qū)域受軸向拉力而支座區(qū)域受軸向壓力的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)換梁的最終受力狀態(tài)是由上述兩個因素綜合作用的結(jié)果，可以簡單解釋為：轉(zhuǎn)換梁的軸力由于拱的卸載作用，是由拱以上豎向力沿拱切向分量引起，其值大小與拱高、荷載層數(shù)有關(guān)；由于轉(zhuǎn)換梁與其上部結(jié)構(gòu)共同受力，實際引起轉(zhuǎn)換梁正負(fù)彎矩的荷載來自于傳力拱以下部分，即轉(zhuǎn)換梁與傳力拱

12、中間部分的豎向力全部，和拱上部分豎向力的徑向分量，當(dāng)然其值取決于轉(zhuǎn)換梁跨度及層數(shù)。 </p><p>　　3.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題 </p><p>　　3.1轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置 </p><p>　　據(jù)相關(guān)研究已經(jīng)顯示，在底部的轉(zhuǎn)換層中，如果其位置越高，它的上下高度的突變就會越大，轉(zhuǎn)換層的上下內(nèi)力的傳遞途徑，其突變也會加劇，落地的剪力墻以及簡體就容易出現(xiàn)

13、裂縫現(xiàn)象，框架的支柱內(nèi)力加大，使得轉(zhuǎn)換層的上部其附近的一些墻體就會被破壞。所以說，轉(zhuǎn)換層的位置如果是過于高，就會對抗震產(chǎn)生不利的影響。 </p><p>　　3.2轉(zhuǎn)換層豎向布置 </p><p>　　轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的傳力以及建筑的功能其需要，沿著高層的建筑方向靈活布置，也可以符合建筑功能要求的基礎(chǔ)上，能夠在樓層的局部來設(shè)置轉(zhuǎn)換層，而且自身的空間可以作為一種技術(shù)設(shè)備層，也可以作為一種

14、正常的使用層，但是前提是要保證轉(zhuǎn)換層的剛度，這樣來防止剛度的過分懸殊。此外，在一些商業(yè)建筑中，如果是一種大底盤的多塔樓，對于塔樓的轉(zhuǎn)換層來說，就應(yīng)該將其設(shè)置在裙房中的屋面層，而且要加大屋面梁的尺寸以及厚度等，以防止其中間會出現(xiàn)一種剛度太小的樓層，進(jìn)一步將震害減小。對于一些框支剪力墻的高層建筑中，在轉(zhuǎn)換層位置的設(shè)置方面，7度區(qū)應(yīng)該不應(yīng)高于第五層，8度區(qū)域不應(yīng)高于第三層，如果轉(zhuǎn)換層的位置與上述的規(guī)定不相符合，那么就應(yīng)該要采取相應(yīng)的措施來予以

15、應(yīng)對。 </p><p>　　3.3轉(zhuǎn)換層抗震設(shè)計 </p><p>　　具有轉(zhuǎn)換層的一些高層設(shè)計，因為其設(shè)置了轉(zhuǎn)換層，沿著建筑物高度方向的剛度均勻性可能會受到一些影響甚至是破壞，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的豎向承載力因為其不連續(xù)墻柱的突變，這樣就導(dǎo)致了傳力路線的曲折、應(yīng)力集中、以及變形集中，所以，在抗震方面，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的性能相對較差。框支剪力墻其轉(zhuǎn)換層的位置如果是設(shè)置在第三層以上，那么框支柱以及剪力墻其底

16、部的抗震等級要提高一級，如果已經(jīng)是特一級就不再需要將其提高，而對于底部的框架來說，如果其外圍為密柱框架，其抗震等級就不用再提高。轉(zhuǎn)換層其構(gòu)件在水平地震作用下的內(nèi)力要將其調(diào)整，如果是八度的抗震設(shè)計，就要對豎向地震的影響需要考慮。 </p><p>　　3.4轉(zhuǎn)換層樓板設(shè)計 </p><p>　　轉(zhuǎn)換層將框支剪力墻分成上下兩部分，對于這兩者來說，其受力情況是有一定差距的，在上部的樓層中，因為外

17、荷載而產(chǎn)生的水平力，有自己的分配原則，它是根據(jù)剪力墻的剛度來進(jìn)行的。在下部樓層中，框支柱的剛度與落地的剪力墻的剛度也是不同的，后者承擔(dān)著水平剪力，也就是說，在轉(zhuǎn)換層處荷載的分配不是很均勻。轉(zhuǎn)換層其樓板具有比較重要的任務(wù)，比如說上下部分的一些剪力重分配就是由它負(fù)責(zé)，轉(zhuǎn)換樓板其自身的變形大、受力大，應(yīng)該要保持足夠的剛度來完成對于自己任務(wù)的支撐。 </p><p><b>　　4.結(jié)束語 </b>

18、</p><p>　　總之，在高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)計中，須根據(jù)工程本身特點(diǎn)和驗算中受力狀態(tài)的不明確等因素，選擇科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，確保方案設(shè)計的全面性、科學(xué)性，減少施工的風(fēng)險和難度，保證建筑的安全使用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　1.趙西安.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計及工程實例[R] 中國建筑科學(xué)研究院

19、建筑結(jié)構(gòu)研究所 2000 （3） </p><p>　　2.唐興榮.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工[M] 中國建筑工業(yè)出版社 2004 </p><p>　　3.婁宇.高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展[J] 建筑結(jié)構(gòu),2000 （1） . </p><p>　　4.魏璉.高層建筑轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)類型及計算方法的研究[J] 建筑結(jié)構(gòu)2004（11） . </p>