高層建筑梁式轉換層的結構設計分析 高層建筑結構設計答案

發布時間:2019-08-28 01:31:12 來源: 合同范本 點擊:

  摘要:隨著近幾年建筑業的蓬勃發展,建筑的功能呈現出多樣化,結構也越來越復雜,其結構設計要求更是日益提高。梁式轉換層是目前高層建筑中實現垂直轉換最常用的結構形式,在高層建筑領域占有重要的地位。本文以現有的梁式轉換層設計理論為基礎,分析了高層建筑梁式轉換層的結構設計。
  關鍵詞:高層建筑,梁式轉換層,結構設計
  中圖分類號: TU97 文獻標識碼: A
  1 前言
  我國高層建筑發展從上世紀 70 年代中期開始加速,底部大空間結構的發展使得轉換層結構朝著形式多樣化、方法多樣化、結構受力更有力的方向發展。轉換層結構目前已經成為了現代高層建筑結構的發展趨勢之一。結構轉換層設計也使從小開間住宅到中等開間的寫字間,再到大空間的商城的轉變成為了可能。
  2 梁式轉換層結構形式
  梁式轉換層結構的主要原理就是利用下部的轉換大梁來支托上部結構。在《高層建筑混凝土結構技術規程》中,對轉換梁的最小高度和寬度作如下規定:框支梁截面的寬度不宜大于框支柱相應方向的截面寬度,不宜小于其上墻體截面厚度的2倍,且不易小于400mm,當梁上托柱時,尚不應小于梁寬方向的柱截面寬度。進行抗震設計時,轉換梁高不小于其跨度的1/6,非抗震設計時,轉換梁高不小于跨度的1/8。從這項設計規程中可知,采取這些限制主要是為了保證轉換梁結構的整體剛度,增強結構的可靠性。
  3 高層建筑結構轉換層的特點
  3.1 鋼骨混凝土轉換層
  鋼骨混凝土梁不但剛度好,承載力高,可大大減小截面尺寸,而且塑性、耐久性和抗震性能優于鋼筋混凝土梁。另外,鋼骨混凝土梁在施工階段其自身的剛度好,定位準確,能夠減少支模,加快施工速度。
  2.2 預應力混凝土轉換層的應用
  采用預應力技術可以帶來許多結構和施工上的優點,比如減小截面尺寸、控制裂縫和撓度,控制施工階段的裂縫及減輕支撐負擔等等。所以預應力混凝土結構非常適用于建造承重荷載的大跨度轉換層,而且有自重輕,節省鋼材和混凝土等優點。
  4 轉換層的結構形式及設計原則
  4.1 轉換層的主要結構形式
  底部帶轉換層結構,轉換層上部的部分豎向構件不能直接連續貫通落地,所以必須設置安全可靠的轉換構件。根據現有的工程經驗和研究結果,轉換構件可以選擇采用轉換大梁、斜撐、箱形結構以及厚板等形式。鑒于轉換厚板在地震區的使用經驗較少,可以在非地震區和6度抗震設計時采用,對于大空間地下室,由于周圍有約束作用,地震反應小于地面以上的框支結構,故7. 8度抗震設計時的地下室可采用厚板轉換層。針對梁式轉換層結構較為普遍采用。
  4.2 轉換層設計原則
  4.2.1轉換層的結構平面布局
  工程底部為框架的剪力墻結構體型簡單、規則,上部為純剪力墻結構。在剪力墻平面布置上,東西向完全對稱,南北向質量中心與剛度中心偏差不超過2m,結構偏心率較小。除核心筒外,其余剪力墻布置應分散、均勻,而且盡量沿周邊布置,從而增強抗扭效果。研究得出,底部轉換層位置越高,轉換層上下剛度突變越大,內力傳遞途徑的突變就越加劇,另外,轉換層位置越高,落地剪力墻或簡體就容易出現受彎裂縫,致使框支柱的內力增大,而轉換層上部附近的墻體容易被破壞。總之,轉換層位置越高對抗震就越不利。
  4.2.2 轉換層的豎向布置
  高層建筑轉換結構可根據其建筑功能和結構傳力的需要,沿高層建筑高度方向一處或多處靈活布置,也以根據建筑功能的要求,在樓層局部布置轉換層,而且自身的這個空間既可以作為正常使用樓層,也可以作為技術設備層,但必須保證轉換層能有足夠的剛度,以防止沿豎向剛度過于懸殊。對大底盤多塔樓的商住建筑,塔樓的轉換層宜設置在裙房的屋面層,并加大屋面梁、板尺寸和厚度,從而避免中間出現剛度特別小的樓層, 減小震害。對部分框支剪力墻高層建筑結構,其轉換層的位置,7度區不宜超過第5 層,8 度區不宜超過第3層。轉換層位置超過上述規定時, 應作專門研究并采取有效措施。
  4.2.3 轉換層的抗震設計
  為保證轉換層設計的安全性,規定部分框支剪力墻結構轉換層的位置設置在 3 層以上時,其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級應按照高規規定提高一級采用,提高其抗震構造措施,而對于底部帶轉換層的框架,其核心簡結構和外圍為密柱框架的簡中簡結構的抗震等級沒必要提高。對轉換層的轉換構件水平地震作用的計算內力需調整增大,8 度抗震設計時,還應考慮豎向地震作用的影響。
  5 梁式轉換層結構的設計與構造
  由框支主梁承托轉換次梁及次梁上的剪刀墻,其傳力途徑多次轉換,受力復雜。框支主梁除了要承受其上部剪力墻的作用外,還要承受梁傳給的剪力,扭矩和彎矩,框支主梁容易受到剪破壞。對于有抗震設防要求的建筑,為了改善結構的受力性能,提高其抗震能力,在進行結構平面布置時,應該將一部分剪力墻落地,并貫通至基礎,做成落地剪力墻與框支墻與剪力墻協同工作的受力體系。
  5.1 轉換梁的設計與構造要求
   轉換梁的截面尺寸一般宜由剪壓比計算確定,以避免脆性破壞和具有合適的含箍率。轉換梁不宜開洞,如果需要開洞,洞口應該位于梁中和軸附近。洞口上下弦桿一定要采取加強措施,箍筋要加密,從而來增強其抗剪能力。上下弦桿箍筋計算時應該用剪力設計值乘以放大系數1.2。當洞口內力較大時,可以采用型鋼構件來加強。
  轉換梁的混凝土強度等級不應低于C30。轉換梁上下主筋的最小配筋率非抗震設計時為0.3%,轉換梁中主筋不宜有接頭,轉換梁上部主筋至少應有50%沿梁全長貫通,下部主筋應全部貫通伸入柱內。
  5.2 框支柱的設計與構造要求
  框支柱截面尺寸一般系由其軸壓比計算確定。地震作用下的框支柱內力需要調整。在抗震設計時, 框支柱的柱頂彎矩應該乘以放大系數,并按放大后的彎矩設計值進行配筋,每一層每一根柱承受的剪力之和應該取基底剪力的20%;當框支層為3層或3層以上時,每層框支柱承受剪力之和應該取基底剪力的30%;框支柱剪力調整后,還應相應的調整框支柱的彎矩及柱端梁的剪力和彎矩,框支柱軸力可以不予以調整。
  框支柱全部縱向鋼筋的配筋率,抗震等級一級時不宜小于1.2%,二級時不宜小于1.0%,三級時不宜小于0.9%,四級及非抗震設計時不宜小于0.8%。縱向鋼筋間距抗震設計時不應大于200mm,且不小于80mm,全部縱向鋼筋配筋率不宜大于4% 。
  5.3 轉換梁的截面設計方法
  目前國內結構設計工作普遍采用的轉換梁截面設計方法主要是應力截面設計方法。對轉換梁進行有限元分析得到的結果是應力及其分布規律,為了能夠直接應用轉換梁有限元法分析后的應力大小及其分布規律進行截面的配筋計算,假定不考慮混凝土的抗拉作用,所有拉力由鋼筋承擔鋼筋達到其屈服強度設計值。受壓區混凝土的強度達到軸心抗壓強度設計值。
  5.4 托墻形式轉換梁截面設計
  當轉換梁承托上部墻體滿跨不開洞時,轉換梁與上部墻體共同工作,其受力特征與破壞形態表現為深梁,這時轉換梁截面設計方法應該采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法,并且計算出的縱向鋼筋應沿全梁高適當分布配置。因為這時轉換梁跨中較大范圍內的內力比較大,所以底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起,應該全部伸入支座。當轉換梁承托上部墻體為小墻肢時,轉換梁基本上可以按照普通梁的截面設計方法進行配筋計算,縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉換梁的底部。
  6 結語
  通過高層建筑轉換層結構設計中,梁式轉換層是整體結構設計中的難點和重點,更是不同形式結構體系轉換的關鍵點,因此,在設計中要較為嚴格的控制剛度等因素,結合結構布置正確選擇建筑抗震類別,在可能的情況下做出較優的技術方案才能實現經濟、安全、實用的綜合目標。
  參考文獻:
  [1]胡曉京.梁式轉換層結構設計分析[J].江西建材,2013
  [2]陳穎.某高層建筑梁式轉換層施工技術探討[J].山西建筑,2013
  

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