某高层建筑转换层结构设计的探讨

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 某高层建筑转换层结构设计的探讨 摘要：本文结合工程实例对某高 层的结构设计方案进行了简要阐述，并 对该工程方案的计算模型、转换层的设 计、构造及其内力分析进行了详细探讨， 以供同行人员参考。 中国论文网 /2/view-12794854.htm 关键词：高层建筑；转换层；结 构设计；实例分析 中图分类号：TU318 文献标识码： A 文章编号： 1 工程概况 株洲市某商住大楼共 30 层，地 下 2 层为停车库及设备房，地上 28 层， 分 A、B 两栋塔楼，塔楼均为住宅，主 楼主体高 88m。由于建筑功能的要求， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 本工程结构采用底部大空间转换剪力墙 结构，转换层在第 5 层顶面，属高位转 换结构，地震设防烈度为度，设计基 本地震加速度值为 010g，拟建场地为 类场地土。结构抗震等级：转换层下 剪力墙一级，框支柱特一级，基础采用 桩筏。为了满足建筑功能，结构必须处 理好以下三个问题： (1)转换层转换结构方式的选择； (2)转换层楼层结构计算层高的确 定； (3)二级转换梁的处理。 2 转换结构的选型 各种形式转换层的优缺点见下表： 由于带转换层的高层建筑结构有其自身 的结构弱点，因此(GB50011-2001) 健筑 抗震设计规范和(JGJ3-2002)钢筋混 凝土高层建筑结构设计规程都对其做 了严格的规定，特别是对高位转换的结 构做了更为严格的规定，由于总体结构 竖向传力构件的不连续，造成结构上荷 载不能传递给下部对应的结构构件，而 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 是通过转换结构的内力重分配，再向下 传递给下部结构的竖向构件，因此转换 构件相当重要而且受力非常复杂，保证 转换结构正常、可靠、有效地工作是结 构设计的重点。结合本工程建筑方案的 要求，经多方案比较，本工程采用梁式 转换(因梁式转换的设计较其他转换而 言受力明确，传力简洁，计算模型简单 容易符合实际情况)，增加转换层厚度 并双层双向配筋，以符合刚性楼板的假 定。 转换层 优点 缺点 梁式转换 设计和施工均为简单， 传力较为明确 当上下轴线错位布置时， 需增设较多的转换次梁，空间受力较为 复杂。 箱式转换层 转换梁的约束强、 刚度大，整体工作效果好，上下部传力 均较均匀，并且建筑功能上还可将其作 为“设备层”。 转换梁梁中开设备洞较 多，施工复杂，且较价较高。 厚板式转换层 下部柱网受上部 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 结构布局影响较小，可灵活布置，厚板 刚度很大，形成一个承台，整体性较好， 而且施工也较为便捷。 厚板自重很大， 地震作用也大，容易产生震害。并且材 料耗用多，经济性也较差。 桁架式转换层 框支柱柱顶弯距 和剪力比其他几种转换型式相对较小。 施工复杂程度较高，且对于轴线错位布 置时难度较大。 3 结构计算与数据分析 31 结构计算单元的确定 由于本工程主体分为 A、B 两栋 塔楼，塔楼之间为商业用房，但与主楼 之间设置了伸缩缝，因地下室墙体较多， 地下室顶板(200mm)厚度较厚，整体刚 度大。故将上部结构的计算嵌固点设在 0000 处，计算分成两个单塔模型。 32 整体结构计算数据分析 由于本工程 A、B 两塔对称，仅 对 A 塔进行计算(计算未考虑中间地下 室相连)。计算时取 27 个振型，均考虑 平动和耦连两种情况，A、B 两塔涉及 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 的内容基本一致，仅分析 A 塔的计算数 据。由 SATWE 软件计算结果可得，结 构基本周 T1 在(0 065 0075)N(N 为 层数)之间，属合理范围，说明结构总 刚度合适；剪重比在 2%左右符合抗震 规范 525 条要求，转换层上下刚度 比小于 13，符合高规要求，转换层过 渡平稳，结构竖向布置及刚度变化相对 合理，框支柱轴压比控制在 055 以内， 角柱轴压比控制在 050 以内。第一扭 转周期与第一平动周期比小于 09，振 型参与质量达到总质量的 98%。 33 动力时程分析 根据场地地质情况，地震所提供 了 6 条可能出现的地震波，对其中较符 合实际情况的两条和一组人工模拟地震 波进行动力时程分析，弹性时程分析计 算结果与振型分解反应谱法结果基本一 致，每条时程曲线计算所得的结构底部 剪力不小于振型分解反应谱法求得的底 部剪力的 65%，多条时程曲线计算所得 的结构底部剪力的平均值不小于振型分 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 解反应谱法求得的底部剪力的 80%。 4 转换层的构造设计 41 加强转换结构的整体性和刚 度 加强转换层及上下层楼板的厚度 及配筋，转换层楼板厚度 h=250mm， 上下两层均取 h=200mm。框支梁是转 换层结构中最重要的受力构件之一，通 过它将上部墙体的荷载传递给下部框之 柱，其受力相当复杂。在本工程中存在 “Z”型墙，要考虑上部墙体竖向力对框 支梁产生的扭矩。 (1)将两片错开的墙体假定为在同 一平面内进行平面有限元分析其内力， 图形类似于大开口框支剪力墙； (2)根据整体计算结果中上部墙体 的竖向力手算框支梁的抗扭钢筋； (3)将有限元计算结果与手算抗扭 配筋叠加，由于梁宽比较大(这是由上 部墙体的位置决定的)，计算抗扭钢筋 为构造要求。其他转换梁上墙体进行有 限元分析，其正截面配筋结果小于整体 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 结构分析结果，在实际工程中偏安全地 采用了整体结构，计算的结构进行转换 大梁的截面和配筋设计。 转换层中柱的延性极为重要，为 了提高柱的延性，采取了控制轴压比、 配箍率、纵向配筋率以及混凝土强度等 级等措施。转换梁柱配筋较多，特别是 节点处配筋相交情况更为复杂，实际钢 筋很难准确到位，在设计中尽量选用了 大直径、高强度钢筋，以减少钢筋根数， 配筋应有足够的余量。同时转换梁板在 施工中需考虑支撑方案。支撑层所受的 梁板荷载，施工荷载等应在设计中考虑， 所以转换层以下梁板截面，配筋均应适 当加强。 42 构造要求 421 框支柱 框支柱截面尺寸主要由轴压比控 制并应满足剪压比要求。为保证框支柱 具有足够延性，对其轴压比应严格控制。 工程框支柱抗震等级为特一级，轴压比 不得大于 06，对部分因截面尺寸较大 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 而形成的“短柱 ”，不得大于 055。柱 截面延性还与配箍率有密切关系，因而 框支柱的配箍率也比一般框架柱的大得 多。箍筋不得小于 l0100，全长加密， 且配箍率不得小于 15%。住工程中， 个别框支柱还兼做剪力墙端柱，所以还 应满足约束边缘构件配箍特征值不小于 02 的要求，折算成配箍率(C50 混凝 土)即为 264%。框支柱为非常重要的 构件，为增大安全性，对柱端剪力及梓 端弯矩均要乘以相应的增大系数，每层 框支柱承受剪力之和应取基底剪力的 30%。 422 框支粱 框支梁截面尺寸一般由剪压比控 制，宽度不小于上墙厚的 2 倍，且不小 于 400mm；高度不小于计算跨度的 1 M6。工程框支梁梁宽统一定为 800mm。框支梁受力巨大且受力情况复 杂，它不但是上下层简载的传输枢纽， 也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部 位，是一个复杂而重要的受力构件，因 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 而在设计时应留有较多的安全储备，特 一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得 小于 06。框支梁在满足计算要求下， 配筋率不小于 08%。框支梁一般为偏 心受拉构件，梁中何轴力仔在，因而应 配置足够数量的腰筋。胺筋采用 16，沿 梁高间距不大于 200mm，并且应可靠 锚入支座内。框支梁受剪很大，而且对 于这样的抗震重要部位，更应强调“强 剪弱弯”原则，在纵筋已有一定富余的 情况下，箍筋更应加强。箍筋统采用 14100 八肢箍全长加密，配箍率达到 153% ，远大于相关文献对特一级抗 震条件下框支梁的配箍率要求。 423 转换层楼板 框支剪力墙结构以转换层为分界， 上下两部分的内分规律是不同的。在上 部楼层，外荷载产生的水平力人体上按 各片剪墙的等效刚度比例分配；而在下 部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的 刚艘差异，水平剪力主要集中在落地剪 力墙上，即在转换层处荷载分配产生突 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 变。转换层楼板承担着完成上下部分剪 力重分配的任务；并由于转换层楼板自 身平面内受力很大，而变形也很大，所 以转换层楼板必须有足够的刚度作保证。 转换层楼板采用 C50 混凝土，厚度 180mm。14150 钢筋双层双向整板拉 通，配筋率达到 028%。另外，为了 协助转换层楼板完成剪力重分配，将该 层以上两层及以下各层楼板也适当加强，