1、高层建筑梁式转换结构的优化设计与改进措施的研究与分析摘 要：近年来，建筑业的蓬勃发展，建筑物的、功能及结构类型日趋多样化和复杂化，对结构设计方案、质量等方面的要求也越来越严格。转换层结构因其特有的优点在高层建筑领域占有重要的地位。本文结合实际工程实例，提出了建筑梁式转换结构的最优设计方案与改进措施，在满足建筑结构功能需求的同时，也极大的降低了工程建设成本，可为同类型的施工及研究提供重要的借鉴意义。 关键词：高层建筑；梁式转换结构；最优设计；改进措施 中图分类号：TU97 文献标识码： A 文章编号： 0 前言 随着我国人民生活水平提高，建筑事业的呈现出高速发展态势，建筑结构和功能日益复杂，平面
2、布置和立体构造复杂度也逐渐增加。当建筑物某楼层的上、下部因平面使用功能不同，而需采用不同建筑结构， ，这就需要在上下层之间设置转换层来满足建筑设计与功能的需要。目前，转换层结构应用广泛，形式也呈多样化12。其中，以梁式转换层结构应用最为广泛。本文就结合工程实例，探讨梁式转换层结构的最佳设计方案及一些改进方法。 1 工程概况 某高层建筑由 2 塔楼和裙楼构成，地下 1 层，地上 12 层。13 层作商业房，4 层为文化娱乐场所，转换层设在第 4 层，层高 5.7m；5 层为空中花园， 。由地质勘查资料得知，现场地质结构稳定，为抗震有利区，本工程 6 度设防，设计风压值 0.70kN/m2。 2
3、结构方案及布置 2.1 结构设计难点分析 由于同一层的户型差异较大，为了最大限度地增加有效建筑面积，本建筑工程采用短肢剪力墙结构。底部 4 层采用框支剪力墙结构体系。由于该类结构缺失抗震功能，故在总体设计过程中必须控制转换频率，简化传力途径。另外，在施工中还需要解决的问题有：一是为确保建筑结构在竖向方向的刚度保持均匀，需要最大限度地设置上下贯通构件。二是需对裙楼柱网进行科学设置，确保凌空剪力墙可架在转换层托梁之上。 2.2 抗震等级的确定 本建筑以第 4 层转换层为界，以上为短肢剪力墙结构，以下为框肢剪力墙结构，所以其抗震等级也需要针对不同部位的结构而单独设计。由于工程区抗震烈度为 6 度，且
4、转换层属于高位转换，根据相关规定，将框支框架及剪力墙底部加强部位的等级设定为二级，而非剪力墙底部加强部位的等级设为四级。 2.3 结构竖向布置 一般而言，高层建筑侧向刚度从上到下，均匀递增，差异性较明显，但设有转换层结构尤其是高位转换结构的高层建筑并非如此。此类建筑的转换层侧向刚度上下基本一致，比例宜接近于 1.03。设计中要注意加强下部结构，消弱上部结构，但要防止建筑出现薄弱环节，还还需要从以下几个方面的做好加强工作： （1）对于具备落地条件的剪力墙，就好尽量使其落地，甚至可考虑于建筑底端增设一些剪力墙，加大底部支撑力度。 （2）适当加强底部结构，弱化上部结构，以转换层为界，下部设置厚 35
5、0mm 的剪力墙，上部设置厚 200mm 的短肢剪力墙。 （3）在满足轴压比的基础上调整框支柱大小及短肢剪力墙长度。 通过以上措施，本设计采用楼层刚度算法剪弯刚度算法，X 方向等效刚度比= 0.9965，Y 方向等效刚度比= 1.0637，能有效控制上、下侧向刚度比。 2.4 结构平面布局 因本工程带有转换层，结构布置不对称，经过反复地核算，将质量中心和刚度中心偏差控制在 1m 之内，效果较好。除了中央核心筒，其他的剪力墙布置都达到分散、均匀的设计要求。 为了提高建筑的抗扭能力，就应加大周边刚度，削弱中央核心筒刚度，并在不影响建筑功能的条件下,将建筑物边长短肢剪力墙调整为剪力墙。通过分析计算可
6、得，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期的比值在 0.9 以内，可以同时满足抗扭能力及平面布置的需要。 3 结构的计算与分析 利用 SATWE 软件采用三维壳元有限元模型进行结构的计算和分析，主要处理的数据为扭转耦联时的振动周期、转角、平动系数及扭转系数，具体结果见表 1、2 所示： 表 1 SATWE 软件 1 塔计算结果 表 2 SATWE 软件 2 塔计算结果 由以上计算结果可以看出其相关数值在都处于规范设定的范围之内，这显示建筑结构布置较为合理。此外，要针对受力较为复杂如转换梁部位分析其应力情况，并相应地做好配筋设计校核。 4 转换结构设计与改进 4.1 框支柱 框支柱截面尺
7、寸的设计主要是采用控制轴压比来满足其剪压比的方案。本工程设置一级抗震的框支柱，轴压比0.6，对于一些截面偏大的短柱，轴压比0.55。为充分保证建筑安全性，将柱端剪力和弯矩都乘上适当的扩大系数，每层框支柱承受剪力大小取的基底剪力值的 30%。另外，配箍率对柱截面延性也有重要的影响，一般应控制在 1.5%以上；箍筋要确保在 10100 以上，采用全长加密。此外，为确保转换层具有良好的衔接能力，框支柱上部墙体范围内的纵筋应深入上部墙体内一层；墙体范围内的其他纵筋全部水平锚入转换层梁板内。 4.2 框支梁 框支梁截面尺寸主要由剪压比控制45，宽度不小于其墙上厚度的2 倍，且不小于 400mm， 高度不
8、应小于计算跨度的 1/6。本工程框支梁宽度为 700800mm。由于框支梁受荷载较大且受力情况复杂， ，因而在设计时应留有较多的安全裕度，一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于0.5%，此外，在偏心受压处还应配置足够数量的腰筋，腰筋宜采用18，间距不大于 200mm，并且应锚入支座内，受剪处可采用 16100箍筋全长加密，使配箍率达到 1.18%。框支柱在满足计算前提下，配筋率不得小于 0.8%。 4.3 转换层楼板 框支剪力墙结构以转换层为分界，内力在上下两部分的分布规律各不相同：在上部楼层，外荷载产生的水平力大致按各片剪力墙的等效刚度呈比例分布； 而在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚
9、度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处的荷载分配发生突变。由于转换层楼板承担着上下部分剪力重分配的任务， 所以转换层楼板必须保证有足够的刚度。本工程转换层楼板采用 C30 的混凝土，厚度180mm，10150 钢筋双层双向整板拉通，配筋率达到 0.31。另外，为了使转换层楼板更好的完成剪力重分配，将该层上下各层楼板也进行适当的加强，厚度达到 150mm。 5 结束语 在建筑设计前就要对整个体系有一个清楚的把握，分析设计方案的弊端，对结构薄弱的环节，要有一个清楚的认识。框支剪力墙结构体系是不利于抗震的，因此，可通过加强转换层等关键部位的设计采加以改善。如果为高位转化层，即 3 层以
10、上，就必须对底部框支层刚度采取加强措施，避免底部发生移动突变，如果转换梁和上部剪力墙共同工作处的支座约束较强，对于梁抬柱或抬小墙肢处的转换梁可以设计为全跨偏心受压构件，以加强整体的抗压、抗剪性能。 参考文献 1李春富.浅析高层建筑梁式转换层的设计J.中国科技信息. 2005,(12). 2刘喜平.转换梁对高层框剪结构受力性能的影响J.低温建筑技术. 2012,(02). 3刘跃平.高层建筑框支剪力墙转换层结构的设计J.湖南工程学院学报(自然科学版). 2008,(04). 4程晓杰,李美龄.某框架-剪力墙体系高层结构抗震性能分析J.安徽建筑工业学院学报(自然科学版). 2012,(01). 5汤美清. 高层建筑转换层结构施工技术分析J. 甘肃联合大学学报(自然科学版). 2011,(01).
