高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理及其應(yīng)用.pdf

1、近年，高層建筑是越建越高、體型越來(lái)越復(fù)雜、功能也越趨于多樣化，帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑就是其中的典型代表，它能在同一幢建筑中實(shí)現(xiàn)人們不同使用需求，例如在建筑的下部為商場(chǎng)、餐館等、中部為辦公樓、上部為住宅樓，而超越了傳統(tǒng)建筑單一使用功能的局限性。這種建筑形式的特點(diǎn)是沿建筑豎向使用空間逐漸變小，與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)要求相違背。由于其豎向結(jié)構(gòu)自上而下是逐漸減少的，所以在豎向結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變處，必須設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件，設(shè)置轉(zhuǎn)換的樓層就稱(chēng)為轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的常用形式有

2、梁式轉(zhuǎn)換、桁架轉(zhuǎn)換、厚板轉(zhuǎn)換、箱型轉(zhuǎn)換以及搭接柱轉(zhuǎn)換等。目前工程中應(yīng)用的最為廣泛的是梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，其具有傳力明確、直接，計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)易，施工簡(jiǎn)單，具有良好的經(jīng)濟(jì)效果等特點(diǎn)。
　　 帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)屬于不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，其在轉(zhuǎn)換層處結(jié)構(gòu)上、下側(cè)向剛度易發(fā)生突變，不利于結(jié)構(gòu)的整體受力和抗震性能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)從概念設(shè)計(jì)的角度處理好轉(zhuǎn)換層剛度突變的問(wèn)題。梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的常用形式有框支剪力墻結(jié)構(gòu)和托柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)或者在轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中兩

3、種轉(zhuǎn)換形式都有。這兩種結(jié)構(gòu)形式都是通過(guò)轉(zhuǎn)換大梁來(lái)實(shí)現(xiàn)豎向結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，但是框支剪力墻結(jié)構(gòu)的受力更復(fù)雜，由于框支梁與其上部剪力墻的共同工作原理，在剪力墻內(nèi)有應(yīng)力流以拱的形示向框支柱傳遞，使得框支梁在承受巨大的彎矩和剪力的同時(shí)也承擔(dān)拉力，所以框支梁屬于偏心受拉構(gòu)件，而托柱轉(zhuǎn)換梁中僅承受著較大的彎矩和剪力仍屬于受彎構(gòu)件。在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)的布置至關(guān)重要，它決定著整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力性能和造價(jià)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時(shí)，關(guān)鍵要解決轉(zhuǎn)換層處結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度突變

4、的問(wèn)題，在側(cè)向剛度不能滿(mǎn)足規(guī)范的要求時(shí)，可以通過(guò)增加落地剪力墻數(shù)量等方法來(lái)改善。另外，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用兩種不同力學(xué)模型的分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體分析計(jì)算。
　　 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)換層構(gòu)件的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵之一。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析以后，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)換層構(gòu)件進(jìn)行有限元補(bǔ)充分析，根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行截面校核。此外，轉(zhuǎn)換梁和框支柱的截面尺寸非常大，受力也相當(dāng)復(fù)雜，為了保證結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力和抗震能力，轉(zhuǎn)換層處

5、的構(gòu)件應(yīng)滿(mǎn)足《高規(guī)》中有關(guān)的計(jì)算和構(gòu)造的規(guī)定。
　　 本文結(jié)合長(zhǎng)沙德思勤城市廣場(chǎng)A2地塊5＃棟樓工程實(shí)例，簡(jiǎn)要的介紹了A2地塊5#棟樓的工程概況和設(shè)計(jì)過(guò)程，重點(diǎn)分析了其轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的選型。根據(jù)德思勤5#棟的工程特點(diǎn)，擬采用實(shí)腹梁式轉(zhuǎn)換、等節(jié)間空腹桁架轉(zhuǎn)換、箱型轉(zhuǎn)換和厚板轉(zhuǎn)換幾種常用的轉(zhuǎn)換形式，針對(duì)這幾種轉(zhuǎn)換形式進(jìn)行建模并采用SATWE軟件進(jìn)行整體計(jì)算分析，然后從力學(xué)性能、材料用量、施工難易程度等方面綜合考慮這幾種轉(zhuǎn)換形式的結(jié)構(gòu)性能

6、和經(jīng)濟(jì)性能，根據(jù)分析結(jié)果最后確定采用實(shí)腹梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)果作為本工程的轉(zhuǎn)換形式。
　　 在確定轉(zhuǎn)換形式后，應(yīng)用SATWE和ETABS兩種軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整體分析計(jì)算，對(duì)其中主要的參數(shù)周期比、層間側(cè)移剛度比、層間受剪承載力之比、剪重比以及結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性等進(jìn)行了對(duì)比分析；繪制出了轉(zhuǎn)換大梁的內(nèi)力圖同時(shí)取用了一榀具有代表性的托柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進(jìn)行了補(bǔ)充分析計(jì)算。在計(jì)算分析過(guò)程中取得了一定的工程經(jīng)驗(yàn)，希望這些經(jīng)驗(yàn)?zāi)転榱菏睫D(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供理論和應(yīng)