高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)探究

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1、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)探究　　摘要:高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是建筑工程的重要組成部分，其設(shè)計(jì)效果直接影響到建筑物使用功能的有效發(fā)揮。本文通過介紹梁式托柱轉(zhuǎn)換梁破壞形式，結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例探討了高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)工作，并針對(duì)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中存在的問題提出一些建議，以供同行借閱。關(guān)鍵詞:高層建筑；轉(zhuǎn)換層；剛度算法；設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：TU208.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，城市建筑用地日趨緊張，為滿足人們對(duì)建筑物功能的需要，許多高層建筑逐漸向大型化、多功能化和現(xiàn)代化的趨勢(shì)發(fā)展。目前，一些建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能及結(jié)構(gòu)布置不同，往往需要在結(jié)構(gòu)形式不同的上下部采用一定

2、的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，而這種起到轉(zhuǎn)換處理作用的樓層就被稱作轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)建筑從小開間的住宅到中等開間的寫字間，再到大空間的商場(chǎng)的變化需要，能夠較好地滿足當(dāng)前人們對(duì)建筑物使用功能的需要。轉(zhuǎn)換層常用的結(jié)構(gòu)形式包括梁式、空腹桁架式、斜桿桁架式、箱形和板式。本文著重分析了梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)工作，提出一些個(gè)人見解，希望對(duì)類似研究工作有所幫助。1梁式托柱轉(zhuǎn)換梁破壞形式8《高規(guī)》中規(guī)定:轉(zhuǎn)換梁截面高度，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于計(jì)算跨度的1/6，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于計(jì)算跨度的1/8。假定梁跨度9000mm、截面高度H=1500mm、截面寬度B=500mm、受拉縱筋面積8φ25、受壓縱筋面積8φ22

3、、箍筋面積φ8@150，均布力F=2×106N/m2，受荷面積600mm×500mm，混凝土采用C35，Ec=3.15×1010N/m2，ft=1.57@106N/m2。計(jì)算模型如圖1所示。圖1計(jì)算模型由上述分析可以看出轉(zhuǎn)換梁在集中力作用下是梁端先發(fā)生破壞并不是跨中集中力作用處，并且出現(xiàn)的是豎向裂縫而不是倒八字型裂縫。可見轉(zhuǎn)換梁跨中并不發(fā)生剪切破壞。因此對(duì)于梁式托柱轉(zhuǎn)換梁柱底不必用附加吊筋與密箍來提高抵抗剪切破壞的能力?？梢灶惐鹊氖?，基礎(chǔ)多樁承臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，只要樁承臺(tái)滿足柱與樁的剪切和沖切承載力要求就不設(shè)柱底和樁頂密箍與吊筋。在《高規(guī)》中已嚴(yán)格規(guī)定了轉(zhuǎn)換梁截面高度，保證了梁的剪切和沖切承載能力，

4、轉(zhuǎn)換梁在集中力作用下不設(shè)置吊筋和密箍是合理的。2轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度算法的選擇8帶轉(zhuǎn)換層高層建筑側(cè)向剛度突變的主要因素:功能使用的需要，轉(zhuǎn)換層下部層高相對(duì)上部層高高出2～3倍，層高變化大；豎向構(gòu)件不連續(xù)，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。計(jì)算分析和地震震害均表明，側(cè)向剛度突變的結(jié)構(gòu)容易形成抗震薄弱部位，引起內(nèi)力和位移突變，造成局部破壞甚至倒塌等嚴(yán)重后果?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，我國(guó)《高規(guī)》對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度變化規(guī)定為:(1)抗震設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰3層側(cè)向剛度平均值的80%，當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在3層及3層以上時(shí)，其樓層側(cè)向剛度尚不應(yīng)小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的60%。(2)底部大空

5、間為1層時(shí)，可近似采用轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)等效剪切剛度比Y表示轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛度的變化，Y宜接近1，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)Y不應(yīng)大于3，抗震設(shè)計(jì)時(shí)Y不應(yīng)大于2。(3)底部大空間層數(shù)大于1層時(shí)，其轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比Ye表示轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛度的變化。Ye宜接近1，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)Ye不應(yīng)大于2，抗震設(shè)計(jì)時(shí)Ye不應(yīng)大于1.3。上述三種剛度的定義方法不同，剛度比的限值也不同，對(duì)于同一結(jié)構(gòu)用3種剛度算法也不一樣。在用SATWE程序設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)選用剪切剛度算法和剪彎剛度算法，往往不能滿足第一條(地震剪力與地震層間位移的比)，提示結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱層。大多數(shù)設(shè)計(jì)人員為了滿足要求，增大剪力墻的厚度或柱的截

6、面來提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，這樣做是不合理的。因?yàn)橐陨?條代表的是3種不同的剛度算法，不同算法有不同的剛度比。8例如:假定一個(gè)結(jié)構(gòu)在二層轉(zhuǎn)換，以上幾層結(jié)構(gòu)布置一樣、層高一樣，轉(zhuǎn)換層所在的下部層高是上部層高的3倍。根據(jù)規(guī)范要選擇剪彎剛度算法。設(shè)轉(zhuǎn)換層下部?jī)蓪觿偠染鶠镵1，轉(zhuǎn)換層下部的剛度為K1/2；上部層剛度均為K2，轉(zhuǎn)換層上部三層的剛度為K2/3。由第一條規(guī)定得:K1/(0.8@K2)>1即:K2/K1＜1.25由第三條規(guī)定得:Ce=(K2/3)/(K1/2)＜2.5/3=0.833但規(guī)范要求Ce宜接近1，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)Ce不應(yīng)大于2，抗震設(shè)計(jì)時(shí)Ce不應(yīng)大于1.3。這樣造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，材料上

7、的浪費(fèi)。因此要認(rèn)清剛度算法選擇和適應(yīng)范圍。下文通過實(shí)際工程說明對(duì)剛度算法選擇的重要性及設(shè)計(jì)步驟。圖21、2層結(jié)構(gòu)平面布置圖3轉(zhuǎn)換層以上結(jié)構(gòu)平面布置圖某住宅小區(qū)臨街建筑，1、2層平面布置如圖2，為商鋪、會(huì)所。地上3～18層為住宅，地下1層為停車場(chǎng)，轉(zhuǎn)換層在2層處。轉(zhuǎn)換層高度為1600mm，1層層高5500mm、2層層高(包括轉(zhuǎn)換層)6500mm、以上住宅層高2800mm。整體結(jié)構(gòu)是大地盤多塔結(jié)構(gòu)，地下室頂板作為