高层建筑转换层结构设计探讨

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时间:2018-09-03

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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

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