建筑转换层结构设计有关要点

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  摘要:在这里阐述建筑转换层定义应用以及结构的形式和要点,并给出了结构设计中要点,给设计工作一点借鉴。供大家参考。
  关键词:转换层;结构设计;形式;要点
  生活水平的提高建筑功能应该相应的顺应人们的需求,在一座建筑楼房里,上面楼层常常是商用和住宅,中部楼层要求房间不同的办公用房,下部楼层要求大的空间用作商店、餐厅和休闲场所,特殊要求的楼层就要特殊的结构形式,上部一般应用比较多墙体的剪力墙结构,中部应用一些柱、一些剪力墙结构,但是下部一般应用大柱网结构。要做到这样的结构布置,需要结构转换的楼层设置水平转换构件,就是转换层结构。才能使建筑功能符合老百姓的需求,因为当下土地更加的稀缺,所以建筑转换层结构设计是时代发展的重要任务。
  一、转换层结构定义和应用
  高层建筑在使用功能上,下部多为商业区,而上部多为办公和生活区域。鉴于这种分布格局,转换层建构在高层建筑中多出现在下部楼层,而上部楼层较多,这就造成了转换层受力情况复杂,设计施工难度较大,稍有疏忽就可能导致灾难性的结果。其次,高层建筑转换层地震反应强烈。
  二、建筑转换层结构的形式
  从转换层的转换功能来看,可分为以下几种:上、下层结构形式的转换,如上部剪力墙结构转换为下部框架柱结构;上、下层结构轴网的转换,如上、下轴网不重合;上、下层结构形式和结构轴网的同时转换。从转换层的结构形式来看,可分为以下几种:
  (1)梁式转换:梁式转换具有传力路径清晰快捷、工作可靠、构造简单、施工方便等优点,是目前国内应用最广的转换层结构形式,占总数的85%以上。梁式转换可用于8 度及8 度以下抗震设计,所不同的只是地面以上大空间的层数有限制,抗震设防烈度越高,地面以上大空间的层数限制越严。
  (2)桁架转换:当底部大空间楼层柱距较大时,转换梁高度常达到楼层的整个高度,而又不能开洞,因而该层无法利用,采用桁架式转换可解决这一问题。桁架转换具有传力明确、传力途径清楚,但构造和施工复杂,特别是节点处的设计和施工。桁架转换层上部的结构要求是“强柱弱梁、强边柱弱中柱”,这也是设计原则。而在空腹转化成施工中,空腹桁架要整层铺设必须保证要有一定的强度来支撑。转换层的截面尺寸要根据剪压比来计算和确定,这样可以提早预防变形。当转换桁架用于框架-核心筒结构、筒中筒结构的上部密柱转换为下部稀柱时也要进行满层铺设,并将两者斜杆的交点作为上部密柱的支撑点。最后就是应加强转换桁架的每一个节点的刚度,而对其结构也要进行完善,防止预应力问题而产生的结构强度问题。
  (3)板式转换:当上部剪力墙布置复杂,上、下轴线错位较多,用转换梁结构难以直接承托时,需采用厚板式转换结构。板式转换结构具有上部墙体及下部柱网可灵活布置,不受结构轴网限制等特点。它的不利之处在于,结构构件超大、自重大、结构层间刚度大、材料消耗大、工程造价较多等。板转换可用于非抗震设计和6 度抗震设计。作为转换构件的厚板,其结构自重大、耗费材料多,导致其经济性较差。由于在转换层集中了相当大的质量,刚度又很大,造成转换层处结构的上下竖向刚度突变,容易产生薄弱层。目前,对转换厚板的抗震性能、受力机理和传力途径的研究,还不是很完善,导致其安全可靠性比较差;但是厚板转换也有其比较突出的优点,即特别适用于转换层上部竖向构件布置比较随意、柱网错综复杂的建筑,且模板工作量较少、施工简便快捷。
  (4)箱形转换:当转换层上、下板厚较大,与中间托梁一起共同工作时,形成箱形转换结构。箱形转换层可用于上、下层结构形式转换、柱网尺寸扩大及轴线错位等。
  (5)斜柱转换:当上层结构在下层两柱之间增加一根柱时,可采用斜柱转换外加环梁的转换方式,采用此转换可避免采用耗材较大的梁式、板式转换,而且方便管道的通过(当转换层为结构避难层)。
  (6)巨型结构转换:巨型结构体系又称超级结构体系,是由巨型的构件组成的简单而巨型的桁架或框架等结构,作为高层建筑的主体结构,与其他结构构件组成的次结构共同工作,从而获得更大的灵活性和更高的效能,特别是在次结构的顶层,可设成整层无柱空间。
  (7)其他结构形式转换:如美国IBM 大厦的拱式转换,将上部密排柱通过拱的作用传递到下部大柱中。__
  三、建筑转换层结构设计要点
  (1)为了保证转换层结构上下层主体结构的总剪切刚度满足的要求,常常要采用加大转换层下部主体结构竖向构件(主要是核心筒体)截面尺寸、提高其混凝土强度等级、增设剪力墙等方法。这里由两个问题值得注意:①筒体截面尺寸增大导致结构地震总反应增大以及筒体在整个下部结构抗侧总刚度中所占的比重变得更大,筒体所承受的地震荷载呈现级数增大的趋势,此时作为抗震第一道防线的筒体的安全设计更应得到充分重视;②在增设剪力墙来提高抗侧刚度时,要注意整体刚度的均匀分布,保证刚度中心与质量中心尽可能重合,避免由于两者偏心引起的建筑物整体扭转。
  (2)剪力墙的合理布置对上下刚度传递的影响。前面提到要使上下两种不同结构形式内力得以准确传递,首先要尽量避免转换层上下结构的刚度突变,这个问题可从两方面解决:①减少上部刚度,即上部住宅能不设剪力墙的部位就不设剪力墙,墙肢在满足轴压比的前提下尽量短;②加大下部刚度,在建筑使用功能允许的条件下,可在大空间层的适当部位设置若干落地剪力墙,同时注意落地剪力墒的布局应均匀、对称,避免过于集中。
  (3)转换层结构刚度的合理选择。在进行转换层结构设计时,存在着转换层结构刚度合理值的问题。当转换层刚度过大时,一方面引起地震反应和结构竖向刚度的突然增大,使转换层上下层处于更加不利的受力状态,另一方面材料用量增加,结构经济性不合理。当转换层刚度过小时,上部框支部分的竖向构件与其它竖向构件之间可能出现较大的沉降差,从而在上部结构中与该部分竖向构件相连的水平构件中产生明显的次应力,导致其配筋增加。这一点在正交主次转换梁结构中的转换次梁中表现最为突出,此时不仅转换次梁要选用合适的截面尺寸,还要保证转换主梁具有足够的刚度,以减小因转换主梁挠度引起转换次梁的支座沉降而导致上部结构构件产生的次应力__
  四、结语
  现在,高层建筑的功能更多的需要向着多样化、复杂化、全面化,转换层在高层建筑中具有广泛的拓展前景。在高层建筑中,转换层的运用改变了一般的设计,在结构转换的楼层中转换构件,其对建筑结构的改变开起了一个过渡、衔接的功能,促使建筑中各个组成部分的不同功能得以淋漓尽致地发挥。因此,在高层建筑转换层结构的设计中,要结合工程的特点和具体情况,根据对建筑全面的研究、计算和分析,运用有效的转换层结构设计办法,展现优势,排除难题,有效提高施工的效率。保障建筑物的安全性和实用性。
  参考文献:
  [1]吕革,吴菲.谈高层建筑中梁式转换层结构设计在实际工程中的运用[J],中国新技术新产品.2012,(12):198-199.
  [2]林红雨.浅析高层建筑梁式转换层结构的抗震设计--以某高层住宅建筑为例[J],建筑知识:学术刊.2012,(02):79-79.
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