矩形钢管混凝土桁架转换层设计分析

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1、大连理工大学硕士学位论文转换层的设置会造成建筑物竖向刚度的突变，地震作用时在转换层上下容易形成薄弱环节，对结构抗震不利。并且在进行转换层结构设计时，存在着转换层结构刚度合理值的问题。当转换层刚度过大时，一方面引起地震反应和结构竖向刚度的突然增大，使转换层上下层处于更加不利的受力状态，另一方面材料用量增加，结构经济性不合理。当转换层刚度过小时，上部框支部分的竖向构件与其它竖向构件之间可能出现较大的沉降差，从而在上部结构中与该部分竖向构件相连的水平构件中产生明显的次应力，故采用转换层结构设计时应遵循以下原则【17】．(1)减少转换，布

2、置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能多的布置上下主体竖向结构连续贯通，尤其是在核心筒框架结构中，核心筒宜尽量保证上下结构的贯通。(2)传力直接，布置转换层上下主体竖向结构时要注意尽可能使水平转换结构传力直接，尽量避免多级复杂转换，更应该尽量避免传力复杂、抗震不利、质量大、耗材多、不经济不合理的厚板转换层。(3)避免“强梁弱柱”，为了保证下部大空间整体结构有适宜的刚度、强度、延性、和抗震能力，应尽量使转换层上下层的刚度比等于1，故应尽量强化转换层下部结构的刚度，弱化转换层上部结构的刚度。抗震设计时，转换层上下部主体结构总剪切刚度

3、之比应满足下式：∑G,A,／h，，．⋯、y丽“LLlJ式中∑q4／囊为转换层上i楼层主体竖向结构总剪力冈Ⅱ度；∑94／l为转换层下J楼层主体竖向结构总剪切刚度；式中4，一，为i，j层主体竖向结构计算方向截面抗剪有效面积，其中，框架柱截面抗剪有效面积，取其全截面面积的12％计；Gi，q为i，j层主体竖向结构材料剪切刚度；hi，hi为i，j层层高。对于下部核心简框架、上部剪力墙的带转换层商住楼结构，应强化下部核心筒，如加大尺寸、加厚筒壁厚、加高混凝土强度等级，必要时可在房屋周边增加部分剪力墙；同时弱化上部剪力墙，如剪力墙开洞、开口、短

4、肢、薄墙等，并尽量避免高位转换。(4)优化转换结构，抗震设计时，当建筑功能需要不得己高位转换时，转换结构还宜优先选择不致引起框支柱柱顶弯矩过大、剪力过大的结构形式，如斜腹抒桁架(包括支撑)、空腹桁架和宽肩梁等，同时要注意其满足强度、爵Ⅱ度要求，避免破坏。矩形钢管混凝土桁架转换层设计研究(5)计算全面准确，必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分，采用符合实际受力变形状态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算时，同时应计及转换层及所有楼层楼盖平面内刚度，计及实际结构三维空间盒子效应，

5、采用比较符合实际边界条件的正确计算模型。整体结构宣进行弹性时程分析补充计算和弹塑性时程分析，还应注意对整体结构进行重力荷载准确施工模拟计算。(6)对于桁架式转换层，还应注意尽量对称、均匀布置，因为桁架式转换层也抵抗水平剪力，如果布置不好，有可能造成整体结构的受扭。1．2钢管混凝土概述钢管混凝土(cFT)是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。它是在劲性混凝土及螺旋筋混凝土的基础上演交和发展起来的。钢管混凝土按照截面形式的不同，分为矩形钢管混凝土，圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。1．2．1钢管混凝土的优点。”(1)承载力高对于薄壁钢管

6、来说，由于它对局部缺陷的敏感，尤其是有残余应力时，其临界承载力是很不稳定的。但是在钢管中填充混凝土后，由于钢管对混凝士的约束作用，在轴心受压荷载作用下，混凝土三向受压，可以延缓其开裂，增加其承载能力。同时由于混凝土的存在，钢管可以避免过早的压屈。由于这两种材料相互弥补了彼此的弱点，所以钢管混凝土的承载能力高于钢管和核心混凝土各自承载力之和。(2)塑性韧性好，抗震性能优越由于混凝土尤其是高强混凝土的脆性，使其正常使用的可靠性大为降低。钢管混凝土由于钢管对混凝土的约束使核心混凝土的塑性和韧性有了大幅度的提高。(3)施工方便钢管混凝土与

7、钢筋混凝土相比没有绑扎钢筋、支模、拆模等工序。并且由于没有钢筋，混凝土的浇灌更容易，更可以加快施工进度。与钢结构相比，空钢管的焊缝少，自重轻等都有利于旋工。(4)耐火性能好由于核心混凝土的存在，钢管的热量能被核心混凝土吸收，可以有效的提高钢管混凝土构件的耐火极限和防火水平。而且火灾以后随着外界的温度降低，钢大连理工大学硕士学位论文管混凝土已经屈服截面处钢管的强度可以得到不同程度的恢复丽且其力学性能比火灾前有所提高。(5)经济效果好大量工程实践表明：承压构件采用钢管混凝土比采用普通钢筋混凝土大约可以节约混凝土50％，减轻结构自莺50

8、％，钢材的用量相等或者略高；与钢结构相比可节约钢材50％左右，整体造价和钢筋混凝土相比基本持平。1．2．2矩形钢管混凝土的特点及其在结梅上的应用与圆钢管混凝土相比，矩形钢管混凝土有结构构件之间的交贯线在一个平面内，便予加工，并且节点照钢量少，节点形