高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用

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近年,高层建筑是越建越高、体型越来越复杂、功能也越趋于多样化,带转换层的高层建筑就是其中的典型代表,它能在同一幢建筑中实现人们不同使用需求,例如在建筑的下部为商场、餐馆等、中部为办公楼、上部为住宅楼,而超越了传统建筑单一使用功能的局限性。这种建筑形式的特点是沿建筑竖向使用空间逐渐变小,与传统的建筑结构要求相违背。由于其竖向结构自上而下是逐渐减少的,所以在竖向结构转变处,必须设置转换构件,设置转换的楼层就称为转换层。转换层结构的常用形式有梁式转换、桁架转换、厚板转换、箱型转换以及搭接柱转换等。目前工程中应用的最为广泛的是梁式转换层结构,其具有传力明确、直接,计算过程相对简易,施工简单,具有良好的经济效果等特点。带转换层的高层建筑结构属于不规则的建筑结构,其在转换层处结构上、下侧向刚度易发生突变,不利于结构的整体受力和抗震性能,在结构设计中应从概念设计的角度处理好转换层刚度突变的问题。梁式转换层结构的常用形式有框支剪力墙结构和托柱转换结构或者在转换结构中两种转换形式都有。这两种结构形式都是通过转换大梁来实现竖向结构的转换,但是框支剪力墙结构的受力更复杂,由于框支梁与其上部剪力墙的共同工作原理,在剪力墙内有应力流以拱的形示向框支柱传递,使得框支梁在承受巨大的弯矩和剪力的同时也承担拉力,所以框支梁属于偏心受拉构件,而托柱转换梁中仅承受着较大的弯矩和剪力仍属于受弯构件。在转换层结构设计中,结构的布置至关重要,它决定着整个结构的受力性能和造价。在进行结构布置时,关键要解决转换层处结构侧向刚度突变的问题,在侧向刚度不能满足规范的要求时,可以通过增加落地剪力墙数量等方法来改善。另外,转换层结构属于复杂结构,应采用两种不同力学模型的分析软件进行结构的整体分析计算。高层建筑梁式转换层结构的设计中,转换层构件的设计是设计中的关键之一。在对结构进行整体分析以后,应对转换层构件进行有限元补充分析,根据分析的结果进行截面校核。此外,转换梁和框支柱的截面尺寸非常大,受力也相当复杂,为了保证结构具有足够的承载力和抗震能力,转换层处的构件应满足《高规》中有关的计算和构造的规定。本文结合长沙德思勤城市广场A2地块5#栋楼工程实例,简要的介绍了A2地块5#栋楼的工程概况和设计过程,重点分析了其转换层结构的选型。根据德思勤5#栋的工程特点,拟采用实腹梁式转换、等节间空腹桁架转换、箱型转换和厚板转换几种常用的转换形式,针对这几种转换形式进行建模并采用SATWE软件进行整体计算分析,然后从力学性能、材料用量、施工难易程度等方面综合考虑这几种转换形式的结构性能和经济性能,根据分析结果最后确定采用实腹梁式转换层结果作为本工程的转换形式。在确定转换形式后,应用SATWE和ETABS两种软件对结构进行了整体分析计算,对其中主要的参数周期比、层间侧移刚度比、层间受剪承载力之比、剪重比以及结构整体稳定性等进行了对比分析;绘制出了转换大梁的内力图同时取用了一榀具有代表性的托柱转换结构进行了补充分析计算。在计算分析过程中取得了一定的工程经验,希望这些经验能为梁式转换层结构的设计提供理论和应用上的依据。
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