1、帶轉換層的高層建筑結構設計摘要：隨著高層建筑功能多樣化的發展，帶轉換層的高層建筑成為高層建筑的一大趨勢。本文介紹了帶轉換層高層建筑的實際工程以及梁式轉換層高層建筑設計方法，為高層建筑設計者提出了轉換層高層建筑設計的建議；結合工程實例，對轉換層高層的剪力墻和轉換梁進行了建議性的設計，為高層建筑設計提供了借鑒。 關鍵詞：轉換層；高層建筑；結構設計；抗震設計中圖分類號：TU97文獻標識碼： A 文章編號：引言在高層建筑結構的底部, 當上部樓層部分豎向構件( 剪力墻、框架柱) 不能直接連續貫通落地時, 應設置結構轉換層, 在結構轉換層布置轉換結構構件, 這類結構稱為帶轉換層的高層建筑結構。近些年來由于
2、這種結構底部大空間, 使用靈活方便, 在國內得到廣泛應用。帶轉換層的高層結構設計1. 轉換層布置原則為了減少樓層豎向剛度變化過大給建筑帶來的影響，就必須在剛度變化位置設計水平轉換構件。例如：對于商住建筑，為了防止豎向剛度過于懸殊，轉換層宜布置在裙房的屋面層，且，加大屋面梁板的尺寸，減少地震帶來的影響。轉換層豎向布置應避免高位轉換，7度區不能超過5層，8度去不能超過三層。其布置形式沿高度方向可以是分段布置，形成大框架套小框架可以是間隔布置。當需要設計加強層時，加強層與轉換層可以一起考慮。為了控制抗震性能，轉換層的側向剛度比不應大于2。2. 轉換層的設計以梁式轉換層為例，敘述轉換梁的設計步驟：1）
3、轉換梁的受彎承載力計算按照普通梁利用高層建筑分析程序進行計算。2）使用有限元分析得到的轉換梁的界面內力，進行正截面和斜截面承載力計算。3.結構布置帶轉換層高層建筑結構的布置, 主要考慮兩個關鍵的問題:1) 保證底部大空間有充分的剛度, 防止沿豎向剛度過于懸殊。2) 加強轉換層的剛度與承載力, 保證轉換層可以將上層剪力可靠地傳遞到落地剪力墻。不討論轉換層的剛度與承載力問題, 著重分析底部大空間的剛度及剛度的過渡問題。底部大空間有兩種結構形式構成: 框支剪力墻的框支部分和落地剪力墻。框支剪力墻的框支部分主要缺點是側向剛度小; 落地剪力墻的優點是側向剛度大, 且上下剛度變化均勻。落地剪力墻通過轉換層
4、的轉換, 承擔框支剪力墻部分傳來的剪力。所有控制這兩種結構形式的比例和布置來實現結構側向剛度的平穩過渡是帶轉換層結構的關鍵。高層建筑混凝土結構技術規程 要求: 結構的側向剛度宜下大上小, 逐漸均勻變化, 不采用豎向嚴重不規則的結構。抗震設計的高層建筑結構, 其樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70%( 即C 1. 428) 和其上相鄰3 層側向剛度平均值的80%。轉換層設在3 層及3 層以上時, 其樓層側向剛度尚不應小于相鄰上部樓層側向剛度的60%( 即C 1. 667) 。為此, 對于落地剪力墻應當采取以下措施:1) 與建筑協商, 爭取使盡可能多的剪力墻落地。2) 加大落地剪力墻的厚
5、度, 盡量增大落地剪力墻的截面面積。3) 提高底部大空間層的混凝土強度等級。4) 落地剪力墻盡量不開洞, 開小洞, 以免削弱剛度。如果開洞, 宜設在墻體中部。框支梁上一層的墻體應力復雜, 不宜設置邊門洞, 不得在中柱上方設門洞。5) 落地剪力墻的間距。非抗震: L 3B , 且L 36 m;抗震: 底部為1 層 2 層框支層時: L 2B 且L 24 m;底部為3 層及3 層以上框支層時: L 1. 5B 且L 20 m。落地剪力墻與相鄰框支柱的距離, 1 層 2 層框支層時不宜大于12 m, 3 層及3 層以上框支層時不宜大于10 m。計算結果分析PKPM 計算, wmass. out 輸出
6、文件中的相鄰層側移剛度比計算信息中, 可以查看各層剛度比的情況, 本工程是多塔, 在計算轉換層與其上一層剛度比時, 應將上部各個塔樓的剛度總和再與轉換層的剛度進行比較。每次都要將各個塔樓的剛度加起來, 較為繁瑣。工程采用了Ex cel 電子表格, 做了簡單的計算統計, 統計了轉換層X , Y 方向的剛度及轉換層上一層各塔樓X 方向的剛度和與Y 方向的剛度和, 再列出下式進行比較。4. 轉換層結構設計建議國內外學者對帶轉換層高層建筑的受力性能、抗震性能等做了大量的研究，給設計人員提供了有效的設計依據，具有很大的參考價值。據大量試驗統計建議：1）轉換梁高的增加，會增大轉換層處的地震反應力，但是，地
7、震力對其他它樓層影響變化相對較小，雙向地震力作用下基底剪力值增大，傾覆彎矩值減小，所以設計人員應選取適宜的梁高值，并不是梁高越大設計就越好。2）雙向地震力作用下，隨著轉換梁梁高的增加，層間位移值不斷減小，樓隨著樓層號的增加，其樓層的位移值減小值越明顯。3）隨著梁高的增加，結構的抗扭性減小，扭轉增加幅度最大的是靠近轉換層的幾層，而且隨著樓層遠離轉換層，樓層受扭轉影響增加的幅度越來越小。4）隨著轉換層設置高度的增加，增大結構的扭轉周期出現的概率，扭轉效應增加，對結構的抗扭有害。5）隨著轉換層設置高度的增加，樓層剛度變大，樓層的層位移值減小，層位移角基本呈減小的趨勢。6）剛度比對帶轉換層的框支剪力墻
8、結構的低階振型周期，特別是第一周期的影響相對較大，而對結構在水平地震作用下的位移特征和變形特性基本沒有影響。通過不同的方式改變結構剛度比，對于結構的抗震性能的影響也不相同。通過加大底部框支層支承構件的截面，能明顯減小結構的剛度比。5.展望1）高層建筑的轉換層常用的有集中形式，每種都有各自的優勢，設計人員可以根據不同的需要對其進行設計。其中梁式轉換層施工簡單，計算比較簡單。2）帶轉換層高層結構由于功能的多變，結構剛度的變化，在轉換層容易形成應力集中和變形集中。再加上轉換層跨度很大，在承受上部傳下來的荷載時，會出現很大的擾度，對抗震不利。3）轉換層的設計會影響整個高層結構的抗震性能，希望有更加深入
9、的研究，給設計人員提供可靠的設計依據。結束語：1) 控制側向剛度比, 保證底部大空間有充分的剛度, 防止沿豎向剛度過于懸殊, 是帶轉換層高層建筑結構設計主要考慮的問題之一。通過對墻厚, 墻的位置, 落地剪力墻的數量, 豎向構件混凝土標號, 轉換層之上墻體的調整, 使得沿豎向側向剛度均勻變化。2) 設計中還可利用一些軟件工具為設計節約時間, 精確結果以及統計等。參考文獻：1 徐培福. 復雜高層建筑結構設計 M . 北京: 中國建筑工業出版社, 2005: 205- 213.2 包世華. 新編高層建筑結構 M . 第2 版. 北京: 中國水利水電出版社, 2005: 284- 287.3 JGJ 3- 2010,高層建筑混凝土結構技術規程s.4 趙西安. 現代高層建筑結構設計上冊M . 北京: 科學出版社, 2000: 958- 963.5 白 潔. 淺談高層建筑結構的轉換層 J . 山西建筑, 2007,33( 15) : 70- 71.6 羅迪，羅兆輝高層建筑結構設計中的幾個問題分析J.天津城市建設學院學報，1999，(3)：60-647 吳曉莉.高層建筑混凝土梁式轉換層的試驗研究D.南京：東南大學碩士學位論文，20008 唐興榮，蔣永生，丁大鈞預應力混凝土桁架轉換層結構的實驗研究與設計建議J.土木工程學報，200l(4)：32-40
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