高层建筑梁式转换层设计探究

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1、高层建筑梁式转换层设计探究　　摘要:高层建筑转换层结构是建筑工程的重要组成部分，其设计效果直接影响到建筑物使用功能的有效发挥。本文通过介绍梁式托柱转换梁破坏形式，结合工程应用实例探讨了高层建筑梁式转换层的设计工作，并针对转换层设计中存在的问题提出一些建议，以供同行借阅。关键词:高层建筑；转换层；刚度算法；设计中图分类号：TU208.3文献标识码：A文章编号：随着我国城市化进程的不断加快，城市建筑用地日趋紧张，为满足人们对建筑物功能的需要，许多高层建筑逐渐向大型化、多功能化和现代化的趋势发展。目前，一些建筑物某楼层的上部与下部因平面使用功能及结构布置不同，往往需要在结构形式不同的上下部采用一定

2、的结构形式进行转换处理，而这种起到转换处理作用的楼层就被称作转换层。转换层结构设计可以实现建筑从小开间的住宅到中等开间的写字间，再到大空间的商场的变化需要，能够较好地满足当前人们对建筑物使用功能的需要。转换层常用的结构形式包括梁式、空腹桁架式、斜杆桁架式、箱形和板式。本文着重分析了梁式转换层的设计工作，提出一些个人见解，希望对类似研究工作有所帮助。1梁式托柱转换梁破坏形式8《高规》中规定:转换梁截面高度，抗震设计时不应小于计算跨度的1/6，非抗震设计时不应小于计算跨度的1/8。假定梁跨度9000mm、截面高度H=1500mm、截面宽度B=500mm、受拉纵筋面积8φ25、受压纵筋面积8φ22

3、、箍筋面积φ8@150，均布力F=2×106N/m2，受荷面积600mm×500mm，混凝土采用C35，Ec=3.15×1010N/m2，ft=1.57@106N/m2。计算模型如图1所示。图1计算模型由上述分析可以看出转换梁在集中力作用下是梁端先发生破坏并不是跨中集中力作用处，并且出现的是竖向裂缝而不是倒八字型裂缝。可见转换梁跨中并不发生剪切破坏。因此对于梁式托柱转换梁柱底不必用附加吊筋与密箍来提高抵抗剪切破坏的能力。可以类比的是，基础多桩承台设计时，只要桩承台满足柱与桩的剪切和冲切承载力要求就不设柱底和桩顶密箍与吊筋。在《高规》中已严格规定了转换梁截面高度，保证了梁的剪切和冲切承载能力，

4、转换梁在集中力作用下不设置吊筋和密箍是合理的。2转换层结构侧向刚度算法的选择8带转换层高层建筑侧向刚度突变的主要因素:功能使用的需要，转换层下部层高相对上部层高高出2～3倍，层高变化大；竖向构件不连续，结构转换。计算分析和地震震害均表明，侧向刚度突变的结构容易形成抗震薄弱部位，引起内力和位移突变，造成局部破坏甚至倒塌等严重后果。抗震设计时，我国《高规》对结构侧向刚度变化规定为:(1)抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻3层侧向刚度平均值的80%，当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%。(2)底部大空

5、间为1层时，可近似采用转换层上、下层结构等效剪切刚度比Y表示转换层上、下层结构刚度的变化，Y宜接近1，非抗震设计时Y不应大于3，抗震设计时Y不应大于2。(3)底部大空间层数大于1层时，其转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比Ye表示转换层上、下层结构刚度的变化。Ye宜接近1，非抗震设计时Ye不应大于2，抗震设计时Ye不应大于1.3。上述三种刚度的定义方法不同，刚度比的限值也不同，对于同一结构用3种刚度算法也不一样。在用SATWE程序设计时，当选用剪切刚度算法和剪弯刚度算法，往往不能满足第一条(地震剪力与地震层间位移的比)，提示结构出现薄弱层。大多数设计人员为了满足要求，增大剪力墙的厚度或柱的截

6、面来提高结构的抗侧刚度，这样做是不合理的。因为以上3条代表的是3种不同的刚度算法，不同算法有不同的刚度比。8例如:假定一个结构在二层转换，以上几层结构布置一样、层高一样，转换层所在的下部层高是上部层高的3倍。根据规范要选择剪弯刚度算法。设转换层下部两层刚度均为K1，转换层下部的刚度为K1/2；上部层刚度均为K2，转换层上部三层的刚度为K2/3。由第一条规定得:K1/(0.8@K2)>1即:K2/K1＜1.25由第三条规定得:Ce=(K2/3)/(K1/2)＜2.5/3=0.833但规范要求Ce宜接近1，非抗震设计时Ce不应大于2，抗震设计时Ce不应大于1.3。这样造成结构设计的不合理，材料上

7、的浪费。因此要认清刚度算法选择和适应范围。下文通过实际工程说明对刚度算法选择的重要性及设计步骤。图21、2层结构平面布置图3转换层以上结构平面布置图某住宅小区临街建筑，1、2层平面布置如图2，为商铺、会所。地上3～18层为住宅，地下1层为停车场，转换层在2层处。转换层高度为1600mm，1层层高5500mm、2层层高(包括转换层)6500mm、以上住宅层高2800mm。整体结构是大地盘多塔结构，地下室顶板作为