高层建筑梁式转换结构受力特性和地震反应研究

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1、高层建筑梁式转换结构受力特性和地震反应研究【摘要】高层建筑是目前我国建筑行业内开展最多的工程项目，通过增加建筑物的层数来提高建筑土地利用率，不仅创造了更多的经济效益，还缓解了我国土地资源短缺的严峻态势。在利用转换层技术的现代高层建筑结构当中，以梁式转换结构最为常见，应用也最为广泛，据统计越有62%的高层建筑采用此结构。同时，梁式转换结构也是一项复杂的施工技术，其转换形式的多变性，使得转换梁具有的受力特性也各不相同，本文就髙层建筑梁式转换结构的受力特性以及在地震中的反应做几点分析，以便能够在高层建筑梁式转换结构施工中提出一些指导性意见

2、。【关键词】高层建筑梁式转换层受力特性地震中图分类号:F284文献标识码：A文章编号：1009-914X(2013)35-178-01一、梁式转换结构概述现代的高层建筑在形体划分上，其底层部分通常是刚度较小的厅堂式结构，而高层部分则通常是刚度较大的套房式结构，在竖向上实现了各种功能的变化。为了确保整个高层建筑物刚度的均衡、力学的稳定，就必须要采用一种合理的结构形式，来实现高层建筑底部部分和高层部分之间的平衡过渡，并在竖向上能够将高层建筑底部厅堂结构和高层套房结构科学的组合在一起，实现高层建筑的多功能特性。为了达到高层建筑的这种结构要

3、求，世界各国的相关单位都对其进行了广泛的研究，最终通过在功能发生改变的楼层中设置特定的转换层，以及在转换层中安装各类转换结构组件，达到了高层建筑整体力学特性的稳定。梁式转换结构就是其中的一种转换层结构，通常是在功能发生变化的楼层中设置一条大梁，并在大梁上安装各种转换结构组件，来实现高层建筑底部和高层部分功能平衡过渡，现在已经发展成为现代高层建筑的主要结构形式，尤其是在一些大中城市的标志性建筑工程施工中。二、梁式转换结构的传力特性通过对现代高层建筑梁式转换结构的各种技术资料及受力方式的分析，并加以归纳，梁式转换结构的受力途径大体上可分

4、为剪力墙与转换梁结构到框架支柱和剪力墙到转换梁结构再到框架支柱，两种传力形式。转换梁是梁式转换结构中的重要结构部件，通常是横跨在高层建筑底部用于承载整个高层部分重量的高强度钢筋混凝土质大梁，转换梁的受力主要来自于位于梁上的剪力墙、剪力墙荷载产生的压力，以及用于支撑转换梁的支座的支撑力，并受剪力墙刚度、转换梁刚度以及转换梁支座刚度的影响。据相关研究资料表明，不管位于转换梁上部的剪力墙体如何变化，采用何种布局形式，只要该剪力墙具有一定的宽度、长度、高度，那么转换梁受压产生的弯矩就一定要比不考虑上部剪力墙作用时要大。同时由于弯矩产生的作用

5、力可在两个方向产生效果，使得位于剪力墙下部的转换梁及转换梁支座在某些范围内存在受拉区。其主要原因有以下两点。（一）共同弯曲变形剪力墙和转换梁通过特定的连接结构可形成一个结构整体，在受到高层建筑上部楼体重量产生的荷载时产生共同的弯曲变形，其中转换梁位于弯曲变形的受拉翼缘，所受到的弯矩会因为剪力墙的共同参与而有所减小，同时位于受拉翼缘的转换梁在受到应力积分后还会产生轴向的拉力，并对支撑转换梁的支座区产生作用。（二）竖向拱效应位于转换梁之上的剪力墙还存在竖向上的拱效应，该效应通过剪力墙可将竖向的荷载传到转换梁上，该荷载最初是以斜向荷载作用

6、于转换梁，而后在转换梁上分解为垂直荷载和水平荷载，受垂直荷载作用，转换梁会产生一定的弯矩；而在水平荷载作用下，转换梁的跨中区域的某些范围会受到轴向拉力，传到转换梁的支座区域就会产生轴向的压力。三、梁式转换结构的地震反应地震时一种强烈的地壳运动，通常会释放出大量的能量，该能量以地震波的形式传导，并对地面的建筑施加影响。其释放的地震波通常分为横波和纵波以及面波三种类型，横波对建筑物施加前后左右的水平作用力，纵波对建筑物施加上下垂直的作用力，而面波则是混合了横波和纵波，下面针对不同的地震波对梁式转换结构带来的不同反应加以分析。（一）横波带

7、来的梁式转换结构反应横波是前后左右波动的能量，其对地表建筑物施加前后左右的作用力，使得建筑物获得前后左右的加速度而不停的抖动，这种前后左右的作用力，通常会使拥有梁式转换结构的建筑物转换梁和剪力墙受到水平扭矩，对于形体分布不规则，质量、刚度偏心率较大以及抗扭性较低的高层建筑，通常会发生严重的扭曲变形，造成严重破坏。（二）纵波带来的梁式转换结构反应由于纵波是上下波动的能量，因此产生横波的地震对地表建筑物施加的是上下垂直方向的作用力。由于受到上下的作用力，使得转换梁和位于转换梁以上的剪力墙会产生上下方向的加速度，从而加大或减小剪力墙的荷载

8、，而剪力墙的荷载传递到转换梁上就会引起转换梁弯矩的变化。通常如果传到地表建筑物的第一波峰能量是向上的话，那么转换梁的弯矩会加大，剪力墙的荷载也会加大，当地震等级过高，波峰能量较大时，转换梁和剪力墙产生的弯矩和荷载变化就会超过其刚度的承