高层建筑转换层结构设计探讨

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1、高层建筑转换层结构设计探讨高层建筑转换层结构设计探讨摘要:现代多功能高层建筑常常设置转换层，大震作用下，易形成薄弱层，转换层位置较高时，转换层下部落地剪力墙及框支结构易开裂和屈服，上部墙体易于破坏，从而不利于抗震。本文根据实际工作经验,结合工程实例，探讨了高层建筑整体结构设计和局部构件设计,具有一定的参考和借鉴意义.　　　　工程中，为了满足建筑艺术造型及其不同使用功能的需求，现代多功能高层建筑常常设置转换层，沿竖向划分为不同区段，例如底部墙少柱多，用于商业、大空间厅堂、交通通道；上部墙多柱少，用于酒店客房、住宅等。现在转换层的位置也在逐步提高，一般设在3-6层，

2、有的设在7-10层。带转换层结构特点是竖向构件不连续，通过转换构件实现上下构件的过度，竖向刚度、内力在转换处突变。大震作用下，易形成薄弱层，转换层位置较高时，转换层下部落地剪力墙及框支结构易开裂和屈服，上部墙体易于破坏，从而不利于抗震。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-XX)(以下简称《高规》)对此类结构设计作了专门规定。本文以实际工程为例，探讨带局部转换层的高层建筑结构设计方法。　　长沙市某大楼，体系类型采用现浇剪力墙结构，建筑面积，总建筑层数33层，层高。裙房4层，地下2层，地上31层，底部2层为跃层式商业门面。由于建筑造型和功能上的要求，建筑1至4

3、层的一端设置大厅，需在第4层顶面位置设置局部转换构件(标准层与转换层平面布置图见图2和图3)，转换层以上为剪力墙结构，以下为框架一剪力墙结构。转换形式选为梁式。　　本工程属丙类建筑，设计基准期50年，地震设防烈度6度，地震分组为第I组，地震加速度，场地类型Ⅲ类，结构重要性系数，特征周期,基本风压值取100年一遇/m2,地面粗糙度类别为C类，建筑高度级别A级。　　抗震等级确定　　本工程转换层以上为剪力墙结构，以下为框架-剪力墙结构，是多种结构形式并存的复杂高层建筑，不能像单纯的框架结构、剪力墙结构或框架一剪力墙结构那样统一确定抗震等级，而应根据现行规范不同章节的规

4、定，并考虑该工程自身的特点，有针对性地分别确定不同部位不同构件的抗震等级。建筑高度,6度设防，根据《高规》表，框支框架抗震等级应为二级，底部墙加强部位二级。考虑到工程具体情况，并根据加强底部的原则，转换层及以下层的框架梁抗震等级确定为一级.剪力墙及框支柱抗震等级为一级，局部转换及相邻一跨的剪力墙、框支柱、转换梁抗震等级为一级，转换层以上加强部位剪力墙、梁为一级，非加强部位剪力墙、梁为三级。　　竖向结构设计　　为保证转换层上下主体结构侧向刚度尽量接近、平滑过渡，须把握强化下部、弱化上部的原则。本工程与建筑专业协商后，采取的主要措施有:(1)转换层楼板加厚至180m

5、m，转换层上下层各加厚至150mm(其余楼层120mm)，以增强楼板刚度；(2)使尽可能多的上部剪力墙尤其是边缘剪力墙落地；(3)底部剪力墙增大厚度取为400mm(上部墙体厚度分段为350mm到200mm)，并尽量减少开洞；(4)底部剪力墙、柱的混凝土强度等级提高为C60(上部混凝土强度等级分段为C50到C30)；(5)由于局部转换部位靠近该建筑一端，将该端设置为筒体予以加强。　　采用上述几种方法，利用SATWE和ETABS计算程序分别建模，进行整体结构分析后，程序均未发现薄弱层，且转换层上部与下部结构的等效刚度比的SATWE计算结果为:X方向为，丫方向为。满足

6、《高规》附录E的要求，说明结构竖向刚度过渡平稳，竖向结构设计合理。　　平面结构设计　　该工程总体平面体型简单，基本规则、对称，长宽比接近。为了增强结构抗扭性能，除核心筒体外，剪力墙在平面内分散、对称且尽量沿周边布置。整体计算后，各层最大水平位移与层间位移比值均小于，以扭转为主的第一自震周期与平动为主的第一自震周期之比为:/=(SATWE),/=(ETABS)，满足《高规》条关于平面布置与控制扭转的要求。　　框支柱　　为贯彻强柱弱梁的原则，必须保证框支柱具有足够的安全度和延性，本工程框架柱设计除按照规范要求设计外，还采取了以下措施:(1)轴压比控制在以内(角柱)；

7、(2)兼作剪力墙端柱的框支柱，保证其满足规范关于约束边缘构件的设计要求；(3)计算程序考虑转换层楼板平面内刚度；(4)与业主协商，边缘框支柱在转换层处向上延伸一层。该措施显著减小了边缘框支柱在转换大梁处的弯矩和剪力，其原因见图4，原本由转换梁下单根边缘框支柱分配内力(MB=MC)，柱向上延伸一层后，改变为由上下两根边缘框支柱共同分配，上面框支柱为暗柱(MB=Mc1+Mc2)，由此Mc1　　框支梁　　该工程中，根据建筑设计要求确定上部剪力墙的布置，对转换梁的构件尺寸进行试算调整，且参考文献[1]的建议:框支梁断面按构造要求可确定为梁宽不小于2倍的上部墙厚和400m

8、m,梁高为1/6倍的框支