某高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析

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1、某高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析摘要：本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)某高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述，并對(duì)該工程方案的計(jì)算模型、轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)、構(gòu)造及其內(nèi)力分析進(jìn)行了詳細(xì)探討，以供同行人員參考。關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；實(shí)例分析中圖分類號(hào)：[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1工程概況長(zhǎng)沙市某商住大樓共30層，地下2層為停車庫(kù)及設(shè)備房，地上28層，分A、B兩棟塔樓，塔樓均為住宅，主樓主體高88m。由于建筑功能的要求，本工程結(jié)構(gòu)采用底部大空間轉(zhuǎn)換剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層在第5層頂面，屬高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，地震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0．10g，擬建場(chǎng)地為Ⅱ類場(chǎng)地

2、土。結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)：轉(zhuǎn)換層下剪力墻一級(jí)，框支柱特一級(jí)，基礎(chǔ)采用樁筏。為了滿足建筑功能，結(jié)構(gòu)必須處理好以下三個(gè)問(wèn)題：(1)轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)方式的選擇；(2)轉(zhuǎn)換層樓層結(jié)構(gòu)計(jì)算層高的確定；(3)二級(jí)轉(zhuǎn)換梁的處理。2轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的選型8各種形式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)下表：由于帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)有其自身的結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)，因此(GB50011-2001)健筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和(JGJ3-2002)《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》都對(duì)其做了嚴(yán)格的規(guī)定，特別是對(duì)高位轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)做了更為嚴(yán)格的規(guī)定，由于總體結(jié)構(gòu)豎向傳力構(gòu)件的不連續(xù)，造成結(jié)構(gòu)上荷載不能傳遞給下部對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，而是通過(guò)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的內(nèi)

3、力重分配，再向下傳遞給下部結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件，因此轉(zhuǎn)換構(gòu)件相當(dāng)重要而且受力非常復(fù)雜，保證轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)正常、可靠、有效地工作是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。結(jié)合本工程建筑方案的要求，經(jīng)多方案比較，本工程采用梁式轉(zhuǎn)換(因梁式轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)較其他轉(zhuǎn)換而言受力明確，傳力簡(jiǎn)潔，計(jì)算模型簡(jiǎn)單容易符合實(shí)際情況)，增加轉(zhuǎn)換層厚度并雙層雙向配筋，以符合剛性樓板的假定。轉(zhuǎn)換層優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)梁式轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)和施工均為簡(jiǎn)單，傳力較為明確當(dāng)上下軸線錯(cuò)位布置時(shí)，需增設(shè)較多的轉(zhuǎn)換次梁，空間受力較為復(fù)雜。箱式轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換梁的約束強(qiáng)、剛度大，整體工作效果好，上下部傳力均較均勻，并且建筑功能上還可將其作為“設(shè)備層”。轉(zhuǎn)換梁梁中開(kāi)設(shè)備洞

4、較多，施工復(fù)雜，且較價(jià)較高。厚板式轉(zhuǎn)換層下部柱網(wǎng)受上部結(jié)構(gòu)布局影響較小，可靈活布置，厚板剛度很大，形成一個(gè)承臺(tái)，整體性較好，而且施工也較為便捷。厚板自重很大，地震作用也大，容易產(chǎn)生震害。并且材料耗用多，經(jīng)濟(jì)性也較差。8桁架式轉(zhuǎn)換層框支柱柱頂彎距和剪力比其他幾種轉(zhuǎn)換型式相對(duì)較小。施工復(fù)雜程度較高，且對(duì)于軸線錯(cuò)位布置時(shí)難度較大。3結(jié)構(gòu)計(jì)算與數(shù)據(jù)分析3．1結(jié)構(gòu)計(jì)算單元的確定由于本工程主體分為A、B兩棟塔樓，塔樓之間為商業(yè)用房，但與主樓之間設(shè)置了伸縮縫，因地下室墻體較多，地下室頂板(200mm)厚度較厚，整體剛度大。故將上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算嵌固點(diǎn)設(shè)在±0．000處，計(jì)算分成兩

5、個(gè)單塔模型。3．2整體結(jié)構(gòu)計(jì)算數(shù)據(jù)分析由于本工程A、B兩塔對(duì)稱，僅對(duì)A塔進(jìn)行計(jì)算(計(jì)算未考慮中間地下室相連)。計(jì)算時(shí)取27個(gè)振型，均考慮平動(dòng)和耦連兩種情況，A、B兩塔涉及的內(nèi)容基本一致，僅分析A塔的計(jì)算數(shù)據(jù)。由SATWE軟件計(jì)算結(jié)果可得，結(jié)構(gòu)基本周T1在(0．065～0．075)N(N為層數(shù))之間，屬合理范圍，說(shuō)明結(jié)構(gòu)總剛度合適；剪重比在2%左右符合抗震規(guī)范5．2．5條要求，轉(zhuǎn)換層上下剛度比小于1．3，符合高規(guī)要求，轉(zhuǎn)換層過(guò)渡平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)豎向布置及剛度變化相對(duì)合理，框支柱軸壓比控制在0．55以內(nèi)，角柱軸壓比控制在0．50以內(nèi)。第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期比小于0．9

6、，振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的98%。3．3動(dòng)力時(shí)程分析8根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)情況，地震所提供了6條可能出現(xiàn)的地震波，對(duì)其中較符合實(shí)際情況的兩條和一組人工模擬地震波進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，彈性時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果與振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果基本一致，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的65%，多條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的80%。4轉(zhuǎn)換層的構(gòu)造設(shè)計(jì)4．1加強(qiáng)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的整體性和剛度加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層及上下層樓板的厚度及配筋，轉(zhuǎn)換層樓板厚度h=250mm，上下兩層均取h=200mm。框支梁是轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中最重要的受力構(gòu)

7、件之一，通過(guò)它將上部墻體的荷載傳遞給下部框之柱，其受力相當(dāng)復(fù)雜。在本工程中存在“Z”型墻，要考慮上部墻體豎向力對(duì)框支梁產(chǎn)生的扭矩。(1)將兩片錯(cuò)開(kāi)的墻體假定為在同一平面內(nèi)進(jìn)行平面有限元分析其內(nèi)力，圖形類似于大開(kāi)口框支剪力墻；(2)根據(jù)整體計(jì)算結(jié)果中上部墻體的豎向力手算框支梁的抗扭鋼筋；(3)將有限元計(jì)算結(jié)果與手算抗扭8配筋疊加，由于梁寬比較大(這是由上部墻體的位置決定的)，計(jì)算抗扭鋼筋為構(gòu)造要求。其他轉(zhuǎn)換梁上墻體進(jìn)行有限元分析，其正截面配筋結(jié)果小于整體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，在實(shí)際工程中偏安全地采用了整體結(jié)構(gòu)，計(jì)算的結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換大梁的截面和配筋設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)換層中柱的延性極為重

8、要，為了提高柱的延性，采