淺析梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn).pdf

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1、2011年11月瞳硒日蒜礴園林、建筑、規(guī)劃與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)鄧小峰向由明(重慶儀表建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司)摘要：梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是高層建筑中最常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式，它具有傳力路徑清晰快捷、工作可靠、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便等特點(diǎn)，成為目前高層建筑應(yīng)用最廣泛的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式，本文就梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和應(yīng)注意的一一些問(wèn)題進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：高層建筑：梁式轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)1轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)綜述近幾年來(lái)，高層建筑物迅猛發(fā)展，人們對(duì)高層建筑的功能要求趨向于多樣化、綜合化和全面化。較為常見(jiàn)的形式是，上部為小開(kāi)間的民用住宅，下部為大開(kāi)間的商場(chǎng)或公共娛樂(lè)場(chǎng)所。從建筑功能

2、上看，高層建筑上部需要較多的墻體來(lái)分隔空間以滿足住宅戶型的需要；而下部則希望有盡可能大的自由靈活空間，大柱網(wǎng)、少墻體，以滿足公共使用要求。然而，按照這樣的建筑形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時(shí)，上部墻體多而密，下部柱網(wǎng)少而稀，即剛度上大下小。這與常規(guī)的結(jié)構(gòu)豎向布置的原則正好是相反的。為了滿足建筑要求就必須在上下不同結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層。于是，帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)孕育而生，并在近年來(lái)得到較為廣泛的應(yīng)用。這里以一棟帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例。該工程為地下1層，地上18層。其中1～3層為商場(chǎng)，4～18層為住宅。轉(zhuǎn)換層設(shè)在第4層樓面。建筑物總高61．2m。2轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的幾種常見(jiàn)型式

3、轉(zhuǎn)換層根據(jù)建筑功能的需要，可作為正常使用的樓層，但此時(shí)應(yīng)有較大的層高作保證；在層高受限制或設(shè)備專業(yè)需要時(shí)，也可專門作為設(shè)備層。在結(jié)構(gòu)型式上，轉(zhuǎn)換層可分為以下幾種類型：2．1梁式轉(zhuǎn)換層一般運(yùn)用于底部大空間的框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。它是將上部剪力墻落在框支梁上，再由框支柱支撐框支梁的結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)需要縱橫向同時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)，則采用雙向梁布置。梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)和施工均較為簡(jiǎn)單，傳力較為明確，是目前應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換型式。它的缺點(diǎn)在于，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，此時(shí)應(yīng)對(duì)框支主梁進(jìn)行應(yīng)力分析。2．2箱式轉(zhuǎn)換層當(dāng)轉(zhuǎn)換梁截面過(guò)大時(shí)，設(shè)一層樓板已不能滿足平面內(nèi)樓

4、板剛度無(wú)限大的假定。為了使理論假定與實(shí)際相符，可在轉(zhuǎn)換梁梁頂與梁底同時(shí)設(shè)一層樓板，形成一個(gè)箱形梁。箱形梁轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，一般宜遍布全層設(shè)置，且宜沿建筑周邊環(huán)通構(gòu)成‘‘箱子”，即箱式轉(zhuǎn)換層。箱式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)點(diǎn)在于，轉(zhuǎn)換梁的約束強(qiáng)，剛度大，整體工作效果好，上下部傳力較為均勻，并且建筑功能上還可將其作為“設(shè)備層”；缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換梁梁中開(kāi)設(shè)備洞較多，施工復(fù)雜，且造價(jià)較高。2．3厚板式轉(zhuǎn)換層當(dāng)上下柱網(wǎng)錯(cuò)位較多，難以用梁直接承托時(shí)，則需做成厚板，即板式轉(zhuǎn)換層。厚板的厚度可根據(jù)柱網(wǎng)尺寸、上部結(jié)構(gòu)荷載綜合而定。板式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)勢(shì)在于，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)

5、承臺(tái)，整體性較好，而且施工也較為便捷。但由于厚板自重很大，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。2．4桁架式轉(zhuǎn)換層當(dāng)高層建筑下部為大空間商場(chǎng)，上部為小空間客房或?qū)懽謽?，且需設(shè)置管道設(shè)備層時(shí)，也可采用桁架式轉(zhuǎn)換層。上部柱墻可通過(guò)桁架傳至下部柱墻，而管道則可利用桁架間的空間穿行。采用桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時(shí)，一般宜跨滿層布置，且上弦節(jié)點(diǎn)與上部密柱或墻肢形心宜對(duì)中。桁架式轉(zhuǎn)換層的框支柱柱頂彎矩和剪力比其他幾種轉(zhuǎn)換型式相對(duì)較小。但此法施工復(fù)雜程度較高，且對(duì)于軸線錯(cuò)位布置時(shí)難度較大。結(jié)合工程實(shí)際建筑布局情況，并考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及施工難易程度，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，決定采用梁式

6、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式，也可稱為框支剪力墻結(jié)構(gòu)。3梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)3．1結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的要求工程轉(zhuǎn)換層以下為框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層以上為純剪力墻結(jié)構(gòu)，是多種結(jié)構(gòu)形式共存的復(fù)雜高層建筑，因而不能象單純的框架結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)那樣籠統(tǒng)地確定抗震等級(jí)，而應(yīng)該嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范的不同章節(jié)，有針對(duì)性地分別確定結(jié)構(gòu)體系各部位不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級(jí)。工程屬“框支剪力墻”，高度61．2m，Ⅶ度抗震設(shè)防，框支框架抗震等級(jí)為二級(jí)，剪力墻底部加強(qiáng)部位為二級(jí)。轉(zhuǎn)換層及其以下各層的一般框架梁和框架柱及轉(zhuǎn)換梁的抗震等級(jí)為二級(jí)。由于工程轉(zhuǎn)換層設(shè)在建筑4層樓面即結(jié)構(gòu)3層，已屬于“高位轉(zhuǎn)換”，框支柱及落地剪

7、力墻的抗震等級(jí)應(yīng)提高一級(jí)。因此，框支柱應(yīng)定為一級(jí)抗震，轉(zhuǎn)換層以下落地剪力墻定為一級(jí)抗震。轉(zhuǎn)換層以上部分，框支層以上兩層仍屬剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)，因此，該兩層抗震等級(jí)定二級(jí)，其中落地的那部分剪力墻由于是“高位轉(zhuǎn)換”，還要提高一級(jí)，故其抗震等級(jí)應(yīng)定為一級(jí)：而加強(qiáng)層以上的純剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)可定為三級(jí)。值得一提的是，在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了sATWE的～個(gè)隱含功能，即在第一項(xiàng)“參數(shù)輸入”中，若將“轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)”定義為≥3層(不含地下室)，則計(jì)算結(jié)果中，所有框支柱的抗震等級(jí)會(huì)自動(dòng)提高一級(jí)，在WPJxouT文件中可查閱。這從另一角度亦可反映“高位轉(zhuǎn)換”中