关于带转换层高层建筑结构设计方案探究.pdf

城市建筑结构抗震URBANISM AND ARCHITECTURESTRUCTUREASEISMATIC 079 关于带转换层高层建筑结构设计方案探究关于带转换层高层建筑结构设计方案探究 李冠侠 摘 要 本文结合工程实例，总结了带转换层高层建筑结 构设计原则。在此基础上，针对带转换层高层建筑结构设 计要点进行了详细的分析，主要从结构选型与布置、概念 设计、结构计算、抗震构造措施等方面进行了详细的论述。 关键词 高层建筑 结构设计 梁式转换层 问题 随着我国社会经济的迅速发展，高层建筑的迅 速涌起，建筑朝向、体型、结构发生了较大的变化， 尤其是结构形式变得越来越复杂。近年来，大量兴 建集住宅、办公、购物、停车等为一体的综合性建 筑。然而，在高层建筑结构设计中，带转换层建筑 得到了广泛的应用。目前，我国大部分高层建筑都 是采用梁式转换层。这种形式的转换层具有施工方 便、结构简单可靠、传力路径清晰等优点，因此在 建筑结构设计中得到了广泛应用。 一、 工程概况 某高层住宅楼，总建筑面积为 2.8 万 m 2，地上 32 层，地下 2 层，13 层为大型综合商场，432 层为住宅层；地下 1 层为汽车停车库，地下 2 层为 地下停车库和设备用房。楼梯间采用剪力墙-核心筒 结构，其他部分采用剪力墙结构，故需设置结构转 换层，以实现这种结构变化形式的过渡，满足建筑 的功能需求。 二、 结构设计原则 在本住宅楼转换层结构设计过程中，考虑到在 地震作用下，建筑竖向刚度将会发生突变，导致转 换层结构形成薄弱层，这样针对结构抗震措施产生 不利的影响，所以在转换层结构设计时，我们需要 按照以下几方面的原则进行结构设计： （1） 在进行转换层结构设计时， 在地震作用下， 建筑竖向刚度将会发生突变，因此，需加强转换层 结构竖向刚度控制，如，对上、下层刚度比进行控 制，一般应大于 1，且小于 2，这样就能够避免结构 竖向刚度发生突变，保证上层的柱子抗侧力。转换 层结构刚度比的计算公式如下： 式中：Gi+1和 Gi分别为不同层的混凝土剪变模 量；Ai+1和 Ai分别不同层的折算抗剪截面面积；hi+1 和 hi分别为不同层的层高。A 的计算公式： A=Aw+0.12Ac 式中，Aw 为剪力墙截面面积；Ac 为柱的截面面 积。 （2）在转换层结构设计时，为了避免建筑的刚 度发生突变，应减少竖向构件的转换，转换构件越 多，结构竖向构件就越少，当达到一定程度时，建 筑的刚度就会发生变化，使得对结构抗震不利。 （3）在建筑转换层结构设计时，要按照相关的 规范确保转换层具有足够的刚度。转换层的梁高不 能小于跨度的 1/6，这样有利于转换层下部结构内 力的提升。此外，在转换层结构设计中，要充分考 虑到梁、柱的均衡性，以提高结构的受力性能，确 保建筑结构的安全转换。 三、 结构选型与布置 在建筑转换层结构设计过程中，若采用厚板进 行转换，将会带来两方面的问题：（1）在结构转换 中需要较多的钢材和混凝土，这样不仅增加了工程 建设成本，而且会给建筑结构层施工增加了许多难 度。（2）在结构转换过程中，结构受力越复杂，计 算过程就显得越繁琐。若采用箱形转换方式，能够 确保结构的整体性，提高竖向构件的传力。但也会 存在结构内力比较复杂，且缺乏完善的技术储备， 从而给建筑结构设计带来了困难。而采用梁式转换 方式，其结构设计方式相对比较简单，且传力路径 较为清晰，具有一定的经济性和合理性。 由于本工程上部空间功能较多，因此造成空间 划分过多。针对这种情况，我们就设置转换梁，包 括主梁和次梁，即是将转换层设置成二次转换。 四、 概念设计 在结构概念设计过程中， 应注意以下几点： （1） 提高底部框支层的刚度。在结构抗震设计时，要控 制好转换层上、下结构竖向刚度比，一般不能大于 2。（2）减少刚度偏心。在结构设计时要充分考虑 到核心筒的具体位置，如果核心筒位置朝向偏北， 建筑北向刚度过大，所以在建筑底部设置落地剪力 墙，使刚心和质心重合，确保建筑底部刚度的均衡 性。（3）尽量采用直接转换的结构形式，通过转换 梁将上部剪力墙直接转换至下层框架柱上，避免采 用全部次梁转换。 五、 结构计算与分析 本工程采用 SATWE 空间有限元软件进行结构计 算与分析。首先，要选择好转换梁截面，然后进行 整体结构计算，以求得转换梁的设计剪力，确保设 计剪力值小于 0.15fcbh/0.85 校核截面尺寸。转换 梁的最大跨度 6.5 m， 大梁截面尺寸 4501 100 （mm） 。 大梁的宽度不能小于 200 mm，梁高大于梁跨度的 1/6，故均符全相关规定要求。此外，SATWE 空间有 限元软件进行整体结构分析， 以求得结构层间位移、 顶点位移等。 六、 抗震构造措施 为了使建筑结构达到构抗震设防要求，需采取 抗震构造措施：（1）考虑到框支梁上部墙体剪力较 大，所以需要加密配箍；对于洞口靠近梁端，为了 确保结构的抗剪承载力， 应采用梁端加腋方式。 （2） 对于二次转换梁来说，考虑到集中荷载会引起应力 问题，为了确保抗剪的安全性，需在梁端处增设加 腋。（3）在结构构造设计时，要在连梁内配置交叉 斜筋，避免梁内出现塑性绞。 七、 结语 （1）在建筑转换层结构设计过程中，我们要熟 悉建筑结构设计理论，并采用概念设计来解决结构 设计难题，与此同时，要采用 SATWE 空间有限元软 件进行结构设计，同时运用这种方式进行概念设计 的验证，以确保建筑转换层结构设计的稳定性和安 全性。除此之外，在建筑转换层结构设计时，要确 保竖向布置的合理性，以形成良好的抗震体系，确 保建筑结构的安全。 （2）在建筑转换层结构分析时，我们要采用适 用于梁式转换层结构分析的平面有限元程序（如 SATWE 空间有限元软件）进行合理的计算。 （3）在转换层结构中设置二次转换梁，虽然能 够减小了转换主梁的剪跨比，但因荷载通过多次转 换传递，很容易破坏转换主梁，同时，考虑到次梁 正交部位截面分布比较复杂，很容易导致梁端出现 裂缝，因此应尽量避免二次转换。 参考文献 1JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程S. 2覃文胜.高层