带转换层的高层建筑文献综述.docx

文献综述摘要：通过研读带转换层的高层建筑的相关内容，对其特点、类型、发展趋势作出概述和总结。关键字：高层建筑、转换层、类型、发展前言：随着人类文明的不断发展和进步，建筑的形态越来越趋于多样化。人们对于建筑的需求形式也不断发生改变。层数多、高度大、功能多和平、立面布置复杂、结构体系多样化成为对建筑的主流要求。下部作为商铺中层用作办公用房上部成为住宅或者宾馆的诸如此类的多功能建筑形式受到人们的青睐。此时，结构必须进行特殊设计。在上部布置刚度大的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱，它们之间设置水平转换构件形成转换层结构。因此带转换层的高层建筑形式成为一个新的建筑研究方向，需要不断的突破与完善。一：转换层的定义和功能 因建筑物功能的需要，上部需要小开间的轴线布置，需要较多的墙体；下部则希望有尽可能大的空间，柱网要大，墙体要尽量少。因而，上部部分竖向杆件不能直接连续贯通落地。而通过水平转换结构与下部竖向杆件连接，这样构成的高层建筑称为带转换层的高层建筑结构。转换层主要实现以下功能： (1)上、下层结构类型转换转换层将上部剪力墙转换为下部的框架。这种转换层多用于剪力墙和框架一剪力墙结构中，以获得较大的内部自由空间。(2)上、下层结构柱网和轴线的改变转换层上、下的结构形式未改变，通过转换层能使下部结构的柱距扩大，形成大柱网。这种形式常用于外框筒的下层以形成较大的出人口。（3)同时转换上、下层结构类型和柱网上部剪力墙结构通过转换层改变为框支剪力墙结构的同时，下部柱网与上部剪力墙的轴线错开，形成上、下柱网不对齐的布置转换层上下结构的转换类型 二、转换层实现上下结构的转化大致有以下三种类型。2.1 上下层结构类型的改变，如转换层以下为框架、框架-剪力墙或框架-筒体等结构形式，转换层以上为剪力墙、剪力墙-筒体等结构形式。2.2 上下层柱网、轴线的改变，转换层的上下层结构形式不变，仅柱网、轴线有所变化，常用于筒体结构建筑中。2.3 上下层不仅结构类型有所改变，而且柱网、轴线也有所改变，常用于上下层功能变化较大或较复杂的建筑物。三：转换层的结构形式由于转换层上下结构的转换有多种形式，所以转换层本身也有多种形式。3.1 梁式结构的转化层。梁式结构的转化层一般在转换层的楼面设置纵横交错的钢筋砼承重大梁。为适应上部荷载的需要，梁的截面尺寸比较大，常用的尺寸有1000mm2000mm，1200mm250mm，1500mm3000mm等。3.2 桁架式结构的转换层。桁架式结构的转换层是有梁式结构的转化层变化而来的，整个转换层由多榀钢筋混凝土桁架组成承重结构，桁架的上下弦杆分别设在转换层的上下楼面的结构层内，层间设有腹杆。由于桁架高度较高，所以上下弦的截面尺寸相对较小。3.3 箱式结构的转换层。箱式结构的转换层实际上也是有梁式结构的转化层变化而来的。有纵横交错的双向主次梁连同上下层楼面的楼板结构以及四周墙壁构成全封闭的箱式结构转换层，整个转换层就像一只大箱子，当然四周也可以适当开洞。3.4 板式结构（厚板）的转换层。板式结构的转换层通常适用于上下层既有结构类型的改变，又有柱网、轴线的变化整个转换层是一块厚达2.0-3.0m的实心钢筋混凝土承重板。有的板式转换层中在一定的部位也设置暗梁，以满足上部结构的变化要求。四：转换层结构形式的结构特点及其设计方法4.1梁式转换层结构该结构形式是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式，由于其传力途径采用墙(柱)转换梁柱(墙)的形式，具有传力直接、明确和清楚的优点，便于工程计算、分析和设计，且造价较节省。所以梁式转换层结构在实际工程中应用较广。实际工程中转换梁的结构形式有多种多样，从转换梁功能上，可分为托墙和托柱；从转换梁形式上，可分为加腋和不加腋；从转换梁结构采用材料上，又可分为钢筋混凝土、预应力混凝土、钢骨混凝土和钢结构等。转换梁设计方法的选择与其受力性能和转换层的形式有关，现简述如下： （1）托柱形式转换梁截面设计 当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面设计方法进行配筋计算；当转换梁承托上部斜杆框架时，转换梁将承受轴向拉力，此时应按偏心受拉构件进行截面设计。 （2）托墙形式转换梁截面设计 当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。由于此时转换梁跨中较大范围内的内力比较大，故底部纵向钢筋不宜截断和弯起，应全部伸人支座。当转换梁承托上部墙体满跨且开较多门窗洞或不满跨但剪力墙的长度较大时，转换梁截面设计方法也宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，纵向钢筋的布置则沿梁下部适当分布配置，且底部纵向钢筋不宜截断和弯起，应全部伸入支座。当转换梁承托上部墙体为小墙肢时，转换梁基本上可按普通梁的截面设计方法进行配筋计算，纵向钢筋可按普通梁集中布置在转换梁的底部。转换梁的结构形式有很多种，目前高层建筑转换层结构的实际工程应用也很多。一般而言，高层建筑转换层结构的分析必须按施工模拟，使用各阶段及施工实际支撑情况分别进行计算，以反映结构内力和变形的真实情况。施工过程中的力学问题应引起设计人员和施工人员的高度重视。 4.2桁架式转换结构 该结构形式是由梁式结构转换层变化而来的，整个转换层由多榀钢筋混凝土桁架组成承重结构，桁架的上下弦杆分别设在转换层的上下楼面的结构层内，层间设有腹杆。由于桁架高度较高，所以下弦杆的截面尺寸相对较小。桁架分为空腹桁架和实腹桁架2种，它可以是钢桁架，也可以是钢筋混凝土桁架，在钢筋混凝土高层结构中常用钢筋混凝土桁架。 “强斜腹杆，强节点”是桁架转换层的基本设计原则，而节点的受力复杂，容易发生剪切破坏，造成配筋过多。桁架转换式通常要求高度在3m以上，否则斜压杆件易形成超短柱，地震作用下容易产生脆性破坏。桁架式转换结构设计方法简述如下： 桁架式转换结构可以采用ANSYS和TAT来进行整体结构的内力分析，除应满足结构整体的位移、变形、抗倾覆、周期等要求外，还应满足(JGJ32002)高层建筑混凝土结构技术规程中附录E中规定的转换层上下结构侧向刚度比的要求。 相对其他结构形式转换层而言，桁架转换层比梁式转换层和厚转换层在受力上更加合理，在转换层位置受到的剪力和弯矩就比较小，有利于构件截面尺寸的控制，不会造成很大的刚度集中。在地震作用下，不会造成应力的集中，有利于结构抗震。其次在桁架转换层上部的结构所受到的剪力和弯矩相对其他的转换层结构来说也较小，其受力受下部转换层的影响较小，比较合理。由于桁架转换层的重量相对其他转换层的重量要小，从而减小了下部框架柱的抗压负荷。 4.3箱型转换结构 该结构形式即单向托梁、双向托梁如果连同上下层较厚的楼板共同工作，可以形成刚度很大的箱形转换层。它的优点是转换层本身的整体性很好，当转换层上部结构布置较复杂时，仍能够保证上下竖向构件的有效传力。但从建筑上来看，它直接占用了整个楼层的使用面积，使得该楼层通常只能作为设备层使用。同时，转换层内部的剪力墙与设备布置、管线布置常常发生冲突。其缺点是自重大、造价高等。从结构分析角度考虑，其内力分析复杂、结构设计及施工难度都较大，因此在实际工程中应用较少。 4.4厚板式转换结构厚板转换层一方面给上部结构的布置带来方便,另一方面也使板的传力途径变得不清楚,因而受力也非常复杂,结构计算困难,采用有限元法计算时,计算结果繁冗,给厚板配筋带来不便,而从受力角度考虑,往往需要在柱与柱,柱与墙之间配筋加强,相当于设置暗梁,增加配筋量。厚板转换层虽然是一种不常用的转换层但是其他层可以使建筑物上下部的墙、柱轴线不受任何限制,从而更好地实现对高层建筑多功能的要求。但从结构上讲,这是一种对抗震不利的复杂结构体系,厚板的重量达数千吨以至上万吨,这样大的质量集中在建筑物的中部,振动性能极为复杂;加之该层刚度非常大,下层刚度又很小,容易产生底部变形集中和震害。五：国内外带转换层高层建筑现状及其发展趋势 我国在转换层结构方面的研究以及实际工程的应用始于20世纪70年代中期，主要进行了有限元分析研究以及一些实际工程的经验总结。通过这些研究和总结，对转换梁的受力特征有了较为全面的认识，获得了可靠的设计依据，并作为一种特殊的结构体系反映在规范中。从70年代中期到现在近30年的时间里，转换层结构发展迅速，结构类型也日渐多样化。其中，梁式转换层由于其受力、设计以及施工方面的优势，在工程中的应用广泛。当前高层建筑中的转换构件的发展趋势主要体现在以下几个方面。 5.1钢骨混凝土(型钢混凝土)在转换层结构中的应用 由于建筑物的高度越来越高，相应转换层结构中转换构件承托的层数也越来越多，同时，建筑功能上对高层及空间的诸多限制，使得钢骨混凝土材料的引入势在必行。钢骨混凝土梁不仅承载能力高，刚度好，可大大减小截面尺寸，而且塑性、耐久性和抗震性能也优于钢筋混凝土梁。此外，钢骨混凝土在施工阶段其自身刚度好，定位准确，可减少支模，加快施工速度。目前国外采用较多。 5.2预应力技术在转换层结构中的应用 采用预应力技术可带来许多结构和施工上的好处，如减小构件截面尺寸、控制裂缝和挠度，控制施工阶段的裂缝及减轻支撑负担等。因此，预应力混凝土结构非常适合建造承受重荷载、大跨度的转换结构和悬挑构件，且有自重轻、节省钢材和混凝土的优点。随着我国预应力技术的发展，预应力材料及施工费用的不断下降，即使用材料等强度代换的概念从经济上来比较预应力混凝土结构和钢筋混凝土结构，许多情况下后者并不比前者经济。因此，近年来我国高层建筑结构中转换构件、悬挑构件等采用预应力技术的情况越来越多。 5.3新型转换层结构的应用 搭接柱转换、斜柱转换、宽扁梁转换等新型转换层结构形式在高层建筑结构中得到应用。 框架一核心筒结构外围框架柱上、下不连续时，需要设置转换结构加以过渡。实际结构中除常用转换梁、转换桁架、斜撑等等转换结构形式外，也可以采用搭接柱等转换形式。搭接转换柱是一种新型转换结构，在立面收进变化的高层建筑中具有十分广阔的应用前景。马来西亚吉隆坡石油大厦双塔、上海金茂大厦均采用了此种转换结构。高层建筑上部立面收进时需要设置转换构件，上下层柱不在同一轴线上，且往往是高位转换，转换构件布置比较复杂，要根据结构布置的具体情况采用不同的转换方式和转换构件，其中常用的是斜柱转换构件。斜柱转换