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高層建筑梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析(4頁).docx

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高層建筑梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析(4頁).docx

1、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中圖分類號：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：摘要：近幾年，建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，建筑的體型日益增大，功能日益多樣，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求也日益提高。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)由于其特有的優(yōu)點(diǎn)在高層建筑領(lǐng)域占有重要的地位。本文結(jié)合實(shí)際工程實(shí)例，探討了建筑梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并在文末簡要地提出筆者自己的體會。關(guān)鍵詞：高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)目前，隨著我國人民生活水平提高，建筑事業(yè)的高速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)和功能日益復(fù)雜，平明布置及立體構(gòu)造復(fù)雜度大為提高。由于建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建筑上部和下部結(jié)構(gòu)體系差別較大，這需要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層以滿足建筑設(shè)計(jì)的需要。目前，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，形式也多樣。而

2、其中，以梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛。本文就結(jié)合工程實(shí)例，探討梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。1工程概況該高層建筑為2塔樓和裙樓構(gòu)成，地下1層，地上12層。14層層高4.5m，13層作商業(yè)房，4層為文化娛樂場所，轉(zhuǎn)換層設(shè)在第4層，層高5.7m；5層為空中花園，6層以上均為民用住宅，層高3.0m。由地質(zhì)勘查資料得知，現(xiàn)場地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，為屬抗震有利區(qū)。本工程6度設(shè)防，設(shè)計(jì)風(fēng)壓值0.70kN/m2。2結(jié)構(gòu)方案及布置2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析由于本建筑同一層的戶型差異較大。為了最大限度地爭取有效建筑面積，建筑采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。底部4層商業(yè)、娛樂用房采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。由于該結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，缺失抗震功能，故于設(shè)

3、計(jì)結(jié)構(gòu)總體過程中有必要控制轉(zhuǎn)換頻率，簡化傳力途徑。本工程在施工中主要要解決的問題包括兩點(diǎn)：一是為確保建筑結(jié)構(gòu)在豎向方向的剛度保持均勻，需要最大限度地設(shè)置上下貫通構(gòu)件。選擇在電梯井道、消防樓梯間及電梯廳，布置一中央核心筒。二是對裙樓柱網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，確保凌空剪力墻可架在轉(zhuǎn)換層托梁之上。2.2抗震等級的確定本建筑以第4層轉(zhuǎn)換層為界，上面為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，下面為部分框肢剪力墻結(jié)構(gòu)，所以其抗震等級也不能一概而論，需要針對不同部位的結(jié)構(gòu)決定。一般而言，工程抗震烈度為6度，框支框架及剪力墻底部加強(qiáng)部位的等級均為二級，而非剪力墻底部加強(qiáng)部位的等級設(shè)為四級。但是本工程為高位轉(zhuǎn)換，就是轉(zhuǎn)換層處于3層以上，按相關(guān)

4、規(guī)定，框支柱及剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級壁普通的都要提高一個(gè)等級，所以，最后，設(shè)計(jì)人員確定在本工程抗震等級方面設(shè)定一級框支柱和剪力墻底部加強(qiáng)部位。2.3結(jié)構(gòu)豎向布置一般而言，高層建筑側(cè)向剛度從上到下，均勻遞增，上下差別比較明顯。但帶有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)尤其是高危轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的高層建筑并非如此，此類建筑的轉(zhuǎn)換層側(cè)向剛度上下基本一般，比例宜接近1。設(shè)計(jì)中要注意加強(qiáng)下部結(jié)構(gòu)，消弱上部結(jié)構(gòu)，但要防止建筑出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。筆者認(rèn)為需要做好以下幾個(gè)方面的工作。第一，對于具備落地條件的剪力墻，就好盡量使其落地，甚至可考慮于建筑底端增設(shè)一些剪力墻，加大底部支撐力度。第二，適當(dāng)加強(qiáng)底部結(jié)構(gòu)，弱化上部結(jié)構(gòu)，以轉(zhuǎn)換層為界，下部設(shè)

5、置厚350mm的剪力墻，上部設(shè)置厚200mm的短肢剪力墻。第三，在滿足框支柱、短肢剪力墻軸壓比的基礎(chǔ)上調(diào)整框支柱大小及短肢剪力墻長度。通過以上措施，本設(shè)計(jì)采用樓層剛度算法剪彎剛度算法，X方向等效剛度比= 0.9965，Y方向等效剛度比= 1.0637，能有效控制上、下側(cè)向剛度比。2.4結(jié)構(gòu)平面布局因本工程帶有轉(zhuǎn)換層，結(jié)構(gòu)布置不對稱，經(jīng)過反復(fù)地核算，將質(zhì)量中心和剛度中心偏差控制在1m之內(nèi)，效果較好。除了中央核心筒，其他的剪力墻布置都達(dá)到分散、均勻的設(shè)計(jì)要求。為了提高建筑的抗扭能力，加大周邊剛度，削弱中央核心筒剛度，在不影響建筑功能的條件下將建筑物邊長短肢剪力墻調(diào)整為剪力墻。通過分析計(jì)算可得，扭轉(zhuǎn)

6、為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期的比值在0.9以內(nèi)，可以同時(shí)滿足保證抗扭能力及平面布置的需要。布置合理，效果良好。3結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析利用SATWE軟件采用三維殼元有限元模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)的計(jì)算和分析。計(jì)算分析結(jié)果如下：3.1軟件計(jì)算結(jié)果對于SATWE軟件，主要處理的數(shù)據(jù)為扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)的振動周期、轉(zhuǎn)角、平動系數(shù)及扭轉(zhuǎn)系數(shù)，具體結(jié)果見表1、2所示：表1：SATWE軟件1塔計(jì)算結(jié)果3.2軟件計(jì)算結(jié)果分析由以上計(jì)算結(jié)果可以看出其相關(guān)數(shù)值在都處于規(guī)范設(shè)定的范圍之內(nèi)，這顯示建筑結(jié)構(gòu)布置較為合理。此外，要針對受力較為復(fù)雜如轉(zhuǎn)換梁部位分析其應(yīng)力情況，并相應(yīng)地做好配筋設(shè)計(jì)校核。采用高精度平面有限元FEQ軟件分析

7、應(yīng)力，并要考慮到下面幾個(gè)方面：第一，分析對象限制在主梁承托的框支榀。第二，為控制整體分析的誤差，宜全軸線截取計(jì)算榀。第三，通常截取框支層以上3層。第四，利用SATWE軟件采用墻元、殼元模型整體分析轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，以便使FEQ在分析傳遞荷載時(shí)精確度更高。第五，F(xiàn)EQ主要計(jì)算框支托梁配筋、剪力墻加強(qiáng)部位的配筋，其他部位、構(gòu)件的配筋最好參考整體分析的結(jié)果。通過校核結(jié)果得知，計(jì)算結(jié)果FEQ軟件的框支梁底筋一般都較之SATWE軟件要小，部分FEQ軟件有限元計(jì)算值較之SATWE軟件要大。4建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析4.1框支柱確定框支柱截面尺寸的主要方案為通過控制軸壓比以滿足剪壓比要求為宜。本工程設(shè)置1級抗震的框支

8、柱，軸壓比控制在0.6以內(nèi)，對于一些截面偏大的短柱，軸壓比要控制在0.55以內(nèi)。另外，柱截面延性還有重要的影響因素為配箍率，同普通框架相比，框支柱配箍率要高很多，一般要控制在1.5%以上，箍筋要確保在10100以上，全長加密。由于框支柱在高層建筑中對建筑穩(wěn)定性有著極大的影響，為充分保證建筑安全性，將柱端剪力和彎矩都乘上適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大系數(shù)，每層框支柱承受剪力大小之和取30%的基底剪力大小。若通過軟件編程計(jì)算，通常樓板剛度都設(shè)為，水平剪力按豎向構(gòu)件的剛度分配，底部剪力墻剛度遠(yuǎn)大于框支柱，導(dǎo)致框支柱剪力很小。但在實(shí)際工程中難免會出現(xiàn)樓板變形及墻體裂縫的情況，樓板剛度減小會導(dǎo)致框支柱剪力的提高。所以需要特

9、別對此作出規(guī)定。此外，為確保轉(zhuǎn)換層具有良好的銜接能力，框支柱上部墻體范圍內(nèi)的縱筋應(yīng)伸入上部墻體內(nèi)一層；墻體范圍內(nèi)的其他縱筋全部水平錨入轉(zhuǎn)換層梁板內(nèi)，以滿足錨固要求。4.2框支梁框支梁截面尺寸一般由剪壓比控制，寬度不小于其墻上厚度的2倍，且不小于400mm；高度不小于計(jì)算跨度的1/6。工程框支梁寬度為700800mm。框支梁受力巨大且受力情況復(fù)雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，也是保證框支剪力墻抗震性能的關(guān)鍵部位，是一個(gè)復(fù)雜而重要的受力構(gòu)件，因而在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有較多的安全儲，一級抗震等級的框支梁縱筋配筋率不得小于0.5%?？蛑е跐M足計(jì)算要求下，配筋率不得小于0.8%?？蛑Я阂话銥槠氖芾瓨?gòu)件，

10、梁中有軸力存在，因此應(yīng)配置足夠數(shù)量的腰筋，腰筋采用18，沿梁高間距不大于200mm，并且應(yīng)可靠錨入支座內(nèi)，框支梁受剪很大，而且對于這樣的抗震重要部位，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)“強(qiáng)剪弱彎”原則，在縱筋已有一定富余的情況下，箍筋更應(yīng)加強(qiáng)，箍筋采用16100六肢箍全長加密，配箍率達(dá)到1.18%。4.3轉(zhuǎn)換層樓板框支剪力墻結(jié)構(gòu)以轉(zhuǎn)換層為分界，上下兩部分的內(nèi)力分布規(guī)律是不同的。在上部樓層，外荷載產(chǎn)生的水平力大體上按各片剪力墻的等效剛度比例分配；而在下部樓層，由于框支柱與落地剪力墻間的剛度差異，水平剪力主要集中在落地剪力墻上，即在轉(zhuǎn)換層處荷載分配產(chǎn)生突變。轉(zhuǎn)換層樓板承擔(dān)著完成上下部分剪力重分配的任務(wù)；并且由于轉(zhuǎn)換層樓

11、板必須有足夠的剛度保證。轉(zhuǎn)換層樓板采用C30的混凝土，厚度180mm。10150鋼筋雙層雙向整板拉通，配筋率達(dá)到0.31。另外，為了協(xié)助轉(zhuǎn)換層樓板完成剪力重分配，將該層以上及以下各一層樓板也適當(dāng)加強(qiáng)，均取厚度150mm。5結(jié)束語在建筑設(shè)計(jì)前就要對整個(gè)體系有一個(gè)清楚的把握，分析設(shè)計(jì)方案的弊端，如結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)可能帶來的缺陷，需要有一個(gè)清楚的認(rèn)識。框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系是不利于抗震的，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位就為轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)。如果為高位轉(zhuǎn)化層，即3層以上，需要對底部框支層剛度采取必要的加強(qiáng)措施，避免底部移動突變。轉(zhuǎn)換梁的受力受到上部墻體分布和梁支座約束情況影響。如果轉(zhuǎn)換梁和上部剪力墻共同工作支座約束較強(qiáng)，梁為偏心受拉構(gòu)件。對于梁抬柱或抬小墻肢情況，轉(zhuǎn)換梁可以為全跨偏心受壓。參考文獻(xiàn)：1李春富. 淺析高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)J. 中國科技信息. 2005(12)2劉喜平. 轉(zhuǎn)換梁對高層框剪結(jié)構(gòu)受力性能的影響J. 低溫建筑技術(shù). 2012(02)3劉躍平. 高層建筑框支剪力墻轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)J. 湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2008(04)4程曉杰,李美齡. 某框架-剪力墻體系高層結(jié)構(gòu)抗震性能分析J. 安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2012(01)5湯美清. 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工技術(shù)分析J. 甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2011(01)注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。

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