高层建筑结构转换层的结构设计探析.doc

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1、高层建筑结构转换层的结构设计探析【摘要】:随着社会和科技的进步,高层建筑也在不断地被建立,人们对空间的多样性和多变性的要求越来越高,这就涉及到高层建筑结构转换层的结构设计,本文就高层建筑转换层的结构设计进行了探析。 【关键词】:转换层;功能;设计原则;结构形式;结构设计 中图分类号: TU318 文献标识码: A 文章编号: 引言 随着城市建设步伐的加快,高层建筑的功能需求也发生了很大的变化,不再是单一、枯燥和片面的。常见的建筑物结构形式为民用住宅与公共场所通过墙体、柱网进行分开,各自满足自身的使用要求。在这其中运用到了转换层,只有通过转换层才能实现这种结构变化形式的过渡,完成各自的需求功能。

2、 一、转换层的功能与设计原则 1、转换层的功能 高层建筑设计中采用转换层结构,能够实现以下功能。首先,建筑功能。提供较大的室内空间和出入口。其次,结构功能。转换层能够实现上下结构类型的转换,使得上部剪力墙结构和下部框架结构能够有机融合,使建筑拥有更大的内部空间。转换层能够改变轴线、上下层柱网,却不改变上下层结构形式,从而扩大下部柱距,形成大柱网。转换层能够是上部剪力墙结构转变为框架结构,错开上部楼层轴线和柱网轴线,错位布置上部结构和下部结构。 2、设计原则 因在建筑物中设置转换层可使其竖向刚度发生突变,降低了结构的抗震能力,为了防止这种情况的出现,应遵循以下设计原则:在设置转换层时,应尽量选用

3、直接落地的竖向构件,因为需结构转换的竖向构件能够引起刚度突变,影响结构的抗震能力;应在高层建筑竖向位置较低的地方设置转换层结构,把握宜低不宜高的原则;对转换层结构进行优化,保证选用的换层结构型式具有明确的传力路径,有利于结构分析设计和保证施工量;转换刚度不可过大,在考虑建筑物安全和经济的前提下,坚持宜小不宜大的方法。 二、高层建筑转换层结构形式 1、粱式转换 在高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式是粱式转换,其传力途径直接、明确,是由上部墙经转换梁传力给下部柱,完成整个建筑物的使用功能的。这种转换方式不仅有利于工程的计算、分析及设计,在成本造价上也较低,因此广为人们所应用,根据资料显示,其数

4、量是转换层总量的 77。选择转换梁的截面高度通常为 0.86m,在带转换层结构的高层建筑中主要以梁式转换层为主。 箱式转换 这种转换方式是通过单向托粱和双向托粱与上、下层较厚的楼板浇筑为一个整体而实现的,这种转换层刚度较大。 板式转换 板式转换层主要是应用在转换层上下柱网错开较多、布置没有次序、无法用梁进行承托的情况下,需将转换层做成 2.02.8m 厚度的转换板,这是从抗剪和抗冲切的角度考虑的。这种转换层的下层柱可灵活摆动,然而因自重较大,所费材料较多,拖工难度大。 桁架转换 桁架主要包括空腹桁架与实腹桁架两类。与梁式转换层相比,这种转换层的受力更加清楚、明确,使用、活动空间更大,自重小,抗

5、震性能也更高。然而其节点设计复杂,由于受到各种因素的限制,无法广泛运用于各类高层建筑中。在使用桁架转换层设计时应时时注意一下几个方面: 设计桁架转换层时,高度要求在 3m 以上,若层高受到限制,无法达到要求,使得斜压腹杆形成超短柱,那么在地震发生时便有可能出现脆性破坏; 施工时,为了将桁架的受力优势充分发挥出来,应确保上弦节点与上部集中荷载的中心对齐; 施工时,注意将预应力施加在上下弦和斜拉腹杆中,可明显减少构件的截面,减少了材料用量,对降低整个工程的造价具有较大的作用。 斜柱转换 这种转换层能够发挥混凝土可压缩性能的优势,为整个建筑扩大利用空间,其为比较特殊的一种结构形式。使用此类转换层,会

6、增大水平荷载,因此为了克服这个缺点,以建筑物的平面布置为前提,在转换层施工中添加圈梁或拉梁,以最短的路径,达到相互平衡。施工时,应考虑斜柱转换层的荷载分担,只有将转换斜柱尽量连接在更多的楼层,而减少分布在上下楼层的荷载,才能保证此类转换层的安全及设计的方便。巨型框架转换 此类转换层具有比较好的前景,也是目前我国建筑业的发展方向。巨型框架转换具有较好的抗震性能,主要是由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成,从结构上看,也是由多个梁式转换层组成。在施工前,通过模拟施工过程的设计方法,掌握在施工中遇见的问题,有效解决临时支撑情况及维持足够的抗侧刚度。 三、高层建筑转换层结构设计 1、转换层结构布置

7、据相关研究已经显示,在底部的转换层中,如果其位置越高,它的上下高度的突变就会越大,转换层的上下内力的传递途径,其突变也会加剧,落地的剪力墙以及简体就容易出现裂缝现象,框架的支柱内力加大,使得转换层的上部其附近的一些墙体就会被破坏。所以说,转换层的位置如果是过于高,就会对抗震产生不利的影响。 底部带的转换层结构中,其上部的一些竖向构件不能够直接连续的贯通落地,所以说,要设置一种较为安全的转换构件。按照相关的研究结果显示,转换构件能够运用箱形结构、斜撑、厚板、转换大梁等形式,在地震区对于一些转换厚板的使用经验是比较少的,可以在一些非地震区采用,在一些大空间的地下室中,因为其周围有着约束的作用,而地

8、震的反应也低于上部的框支结构,所以,在 7 度到 8 度的地震设计的一些地下室就能够采用这种厚板转换层。 2、转换层竖向布置 转换结构可以根据结构的传力以及建筑的功能其需要,沿着高层的建筑方向灵活布置,也可以符合建筑功能要求的基础上,能够在楼层的局部来设置转换层,而且自身的空间可以作为一种技术设备层,也可以作为一种正常的使用层,但是前提是要保证转换层的刚度,这样来防止刚度的过分悬殊。此外,在一些商业建筑中,如果是一种大底盘的多塔楼,对于塔楼的转换层来说,就应该将其设置在裙房中的屋面层,而且要加大屋面梁的尺寸以及厚度等,以防止其中间会出现一种刚度太小的楼层,进一步将震害减小。对于一些框支剪力墙的

9、高层建筑中,在转换层位置的设置方面,7 度区应该要低于第五层,8 度区域要低于第三层,如果转换层的位置与上述的规定不相符合,那么就应该要采取相应的措施来予以应对。 3、转换层抗震设计 具有转换层的一些高层设计,因为其设置了转换层,沿着建筑物高度方向的刚度均匀性可能会受到一些影响甚至是破坏,转换层结构的竖向承载力因为其不连续墙柱的突变,这样就导致了传力路线的曲折、应力集中、以及变形集中,所以,在抗震方面,转换结构的性能比较差。 为了进一步的保证设计的准确性与安全性,就规定,在一些框支剪力墙其转换层的位置如果是设置在第三层以上,那么框支柱以及剪力墙其底部的抗震等级要提高一级,如果已经是特一级就不再

10、需要将其提高,而对于底部的框架来说,如果其外围为密柱框架,其抗震等级就不用再提高。转换层其构件在水平地震作用下的内力要将其调整,如果是八度的抗震设计,就要对竖向地震的影响需要考虑。 4、转换层楼板设计 转换层将框支剪力墙分成上下两部分,对于这两者来说,其受力情况是有一定差距的,在上部的楼层中,因为外荷载而产生的水平力,有自己的分配原则,它是根据剪力墙的刚度来进行的。在下部楼层中,框支柱的刚度与落地的剪力墙的刚度也是不同的,后者承担着水平剪力,也就是说,在转换层处荷载的分配不是很均匀。转换层其楼板具有比较重的任务,比如说上下部分的一些剪力重分配就是由它负责,转换楼板其自身的变形大、受力大,应该要保持足够的刚度来完成对于自己任务的支撑。 结束语 转换层在高层建筑的应用必不可少。每座建筑的结构都有其自身的特点,应根据需要,选择合适的转换层类型。在施工中,还用注意每一环节的施工,在了解各构件特性的基础上,合理的发挥其长处、解决其短处,保证转换层的质量。 参考文献: 【1】黄志勇.论某高层建筑梁式转换层结构设计J.广东科技.2009(06) 【2】李镇华.高层建筑转换层设计应用J.福建建筑.2006(02) 【3】唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工M.北京:中国建筑工业出版.2007

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