2022年带转换层的高层建筑结构设计方案与分析概述.docx

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1、精品学习资源带转换层的高层建筑结构设计与分析概述摘要： 转换层结构的高层建筑受力复杂 ,结合某高层建筑商住楼工程实例，扼要介绍高层建筑转换层结构设计要点、构造情形及转换层的设计方法；具体阐述 了高层建筑结构转换层的多种型式，结构传力机理、结构设计特点和运算方法，并对设计细节进行了优化，对运算结果具体数据进行了分析和评判；关键词： 高层建筑；梁式转换层；结构设计；剪压比Designand Analysis of High-riseBuildingwith Transfer FloorStructureNanjing GaoKe Construction and development Co.,

2、LtdYan Shuai Abstract:The high-rise building with transfer floor structurehad complex forces,the paper iscombinedwithahigh-risecommercialandresidential construction example,brief high-rise building with transfer floor structure, construction and design method of the transfer floor structure. Describ

3、ed in detail the structure of high-rise buildingswithtransfer floorstructure ofavarietyoftype,the structure of transmission mechanism, structure and calculation of design features, design details and optimized results for specific data analysis and evaluation.Key words: high-rise building ； beam tra

4、nsfer floor ； structure design； shear compression ratio1 概述现代高层建筑正向体型复杂、功能多样、造型新奇的方向进展；例如,在同一座建筑中 ,沿房屋高度方向建筑功能常要发生变化,上部楼层布置旅社、住宅；中部楼层用作办公用房；下部楼层布置商店、餐馆和文化消遣设施,这种不同用途的楼层需要采纳不同形式的结构；从建筑功能上看,上部需要小开间的轴线布置并需要较多的墙体以满意旅社和住宅的功能要求；中部就需要较小的或中等大小的室内空间 ,可以在柱网中布置肯定数量的墙体以满意办公用房的功能要求；下部需要尽可能大的自由敏捷的室内空间,要求柱网大 ,墙体尽量

5、少 ,以满意商店、餐馆等公用设施的功能要求；上述要求与结构的合理布置正好相反；由于高层建筑结构下部楼层受力很大 ,上部楼层受力较小 ,正常的结构布置应是下部刚度大、墙体多、柱网密 ,而到上部就逐步削减墙体及柱的布置 ,以扩大柱网；这样 ,结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反；因此 ,为了适应建筑功能的变化 ,就必需在结构转换的楼层设置水平转换构件 ,即转换层结构；2 结构转换层常见类型及受力机理分析转换层依据建筑功能的需要，可作为正常使用的楼层，但应有较大的层高作为保证；在层高受限制或设备专业需要时，也可以作为设备层，在结构型式上，转换层在设计常分为以下几种类型：1）梁式转换层，即将上

6、部剪力墙在框支梁上，再由框支柱来支撑框支梁的结构受力体系；当需要纵横向同时转换时，就采纳双向梁布置；其优点为传欢迎下载精品学习资源力直接、明确 ,传力途径清晰 ,受力性能好 ,构造简洁 ,施工较便利 , 设计运算较简洁，是目前应用最广的转换层结构型式；一般运用于底部大空间的框支剪力墙结构体系；2）箱式转换层，当转换梁截面过大时，设一层楼板已不能满意平面内楼板刚度无限大的假定；为了使理论假定和与实际相符，可在转换梁梁顶和梁底同时设一层楼板，形成一个箱形梁，箱形梁的这种转换结构，一般宜遍布全层设置，且沿建筑周边环通构成“箱子”，即称箱式转换层；箱式转换层的重要优点在于，转换梁的约束强，刚度大，整体

7、受力成效好，上下部传力较为均 匀，仍可将其利用作为设备层，其缺点是施工复杂，造价较高；此外，转换层仍有厚板式转换层、桁架式转换层等；但大都因受力复杂且施工难度大、经济效益不高而实际应用相对少；3）梁式转换层的受力机理分析：梁式转换层结构的传力途径为墙-梁-柱墙）的形式，传力直接，便于分析运算；转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影 响；为弄清转换梁结构与上部墙体共同工作的性能，多数文献中已对转换梁承托层数对其内力的影响进行用有限元程序进行了分析，从分析结果中我们知道，对一般结构转换大梁 ,且自身的这个空间既可以作为正常 使用楼层 ,也

8、可以作为技术设备层,但应当保证转换层有足够的刚度,以防止沿竖向刚度过于悬殊；当建筑物较高柔如框架 -核心筒结构 ,整体刚度可能不足 ,在结构竖向的肯定部位设置水平刚性楼层加强层 ,人为地加强结构的整体弯曲效应,这时转换层可同建筑物的加强层、设备层等统一考虑；对大底层上部为多塔的建筑 ,塔楼的转换层宜设置在裙楼的屋面层 ,并加大屋面梁、板尺寸和厚度 ,以防止中间显现刚度特殊小的楼层 ,减小震害；对部分框支剪力墙高层建筑结构 ,其转换层的位置 , 7 度区不宜超过第 5 层； 8 度区不宜超过第三层；转换层位置超欢迎下载精品学习资源过上述规定时 ,应作特地讨论并实行有效措施；沿高层建筑方向转换结构

9、可以是分段布置 ,形成大框架套小框架的巨型框架结构；也可以是间隔布置,形成错列墙梁或是桁架式框架结构；也可设置于建筑物顶部,悬挂下部结构的荷载；3.2 带转换层的高层建筑结构设计原就高层建筑中转换层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，地震作用时在转换层上下简洁形成薄弱环节，对结构抗震不利，故转换层结构在设计时应遵循以下原就：1）为防止沿竖向刚度变化过于悬殊形成薄弱层，设计中应考虑使上、下 层刚度比 2，尽量接近 1；这样才能保证结构竖向刚度的变化不至于太大， 使上柱有良好的抗侧力性能，削减竖向刚度变化，有利于结构整体受力；2）尽可能削减需结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，转换结构越少，转

10、换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震更有利；3）设计中应保证转换层有足够的刚度，一般应使梁高度不小于跨度的1/6，才能保证内力在转换层及其下部构件中分协作理，转换梁、剪力墙柱有良好的受力性能，能较好的起到结构转换作用；4）必需掌握框支剪力墙与落地剪力墙的比例，当剪力墙较多且考虑抗震时，横向落地剪力墙数目与横向墙总数之比不宜少于50%，非抗震时不宜少于30%；5）转换层以上的剪力墙和柱子应尽量对称布置，梁上立柱应尽量设在转换梁跨中，以免转换梁变形时，在梁上立柱的柱脚处产生较大转角，带动立柱柱脚产生较大变形，引起柱的弯曲及剪切，使立柱产生很大的内力而超筋；6）转换层结构在高层建筑竖向的位置宜低不宜

11、高；转换层位置较高时， 易使框支剪力墙结构在转换层邻近的刚度、内力和传力途径发生突变，并易形成薄弱层，对抗震设计不利，其抗震设计概念与底层框支剪力墙结构有较大差异；当必需采纳高位转换时，应掌握转换层下部框支结构的等效刚度，即考虑弯曲、剪切和轴向变形的综合刚度，这对于削减转换层邻近的层间位移角及内力突变是特别必要的，成效也很显著；另外，对落地剪力墙间距的限制应比底层框支剪力墙结构更严一些；对平面为长矩形的建筑，落地剪力墙的数目应多于全部横向剪力墙数目的一半；7）为保证下部大空间整体结构有相宜的刚度、强度、延性和抗震才能， 应尽量强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构刚度，使转换 层上

12、下部主体结构的刚度及变形特点尽量接近；经常采纳加大转换层下部主体 结构竖向构件 主要是核心筒体）截面尺寸、提高其混凝土强度等级、增设剪力墙等方法来强化下部主体结构的刚度；这里有两个问题值得留意，一是筒体截 面尺寸增大导致结构地震总反应增大以及筒体在整个下部结构抗侧总刚度中所 占的比重变得更大，筒体所承担的地震荷载出现级数增大的趋势，此时作为抗 震第一道防线的筒体的安全设计更应得到充分重视；二是在增设剪力墙来提高 抗侧刚度时，要留意整体刚度的匀称分布，保证刚度中心与质量中心尽可能重 合，防止由于两者偏心引起的建筑物整体扭转；8）带转换层结构运算要求全面、精确；将转换结构作为整体结构的一个重要组成

13、部分，采纳符合实际受力变外形态的运算模型进行三维空间整体结构运算分析，可采纳有限元方法对转换结构进行局部补充运算；此时，转换结构以上至少要取两层结构进入局部运算模型，并留意模型边界条件符合实际工作状态；整体结构运算需实行两个以上不同力学模型的程序进行抗震运算，仍应欢迎下载精品学习资源进行弹性时程分析运算并宜采纳弹塑性时程分析校核；高位转换时仍应留意对 整体结构进行重力荷载下施工模拟运算；8 度抗震设防时，转换构件应考虑其上竖向荷载代表值的10%作为附加竖向地震作用力，此附加竖向地震作用应考虑上下两个方向；4 带转换层高层建筑结构抗震性能不管采纳何种转换形式，带转换层的剪力墙结构仍是目前工程应用

14、的主要结构形式；同时，由于转换层位置越来越高，带转换层的筒体结构也时有应 用；对带转换层的剪力墙结构及带转换层筒体结构这两类转换结构，通过转换层上下层间位移角及内力变化情形的分析，可得出影响其抗震性能的主要因 素，分别是：转换层设置高度、转换层上部与下部结构等效刚度比、转换层结构与其上层结构侧向刚度比；对带转换层筒体结构其主要影响因素表现为转换层上部外筒的刚度、转换层设置高度和内筒刚度对转换层位置较高的带转换层的剪力墙结构仅仅掌握转换层上、下楼层的侧向刚度比是不够的，仍应掌握转换层上部与下部结构等效刚度比，转换层上部与下部结构的等效刚度比越大，转换层上下层间位移角及内力突变情形越明显，设计时应

15、当加以掌握，使其尽量接近于1，且不大于1.3；带转换层的筒体结构，如转换层上部的外筒为框架，一般情形下不会发生刚度突变，但建立传力途径的变化仍旧存在；这类结构的转换层设置高度可适当提高，等效刚度比一般都满意限制条件，但转换层本层侧向刚度与相邻上层侧向刚度之比值，有时会不满意限制条件；对这类结构的关键部位仍须实行加强措施；5 高层建筑结构转换层设计时应留意的问题1）保证大空间层有足够的刚度，防止沿竖向刚度变化过于悬殊，严格掌握转换层上下结构侧向刚度比；抗震设计时，转换层结构侧向刚度不小于其上一层结构侧向刚度的 70%；依据高规附录 E 掌握转换层上下结构等效侧向刚度比宜大于1.0，不应大于1.3

16、；为此应保证肯定比例的剪力墙落地，加大落地剪力墙的厚度，提高落地剪力墙混凝土强度等级，减小洞口尺寸，使纵横墙尽量连接形成筒体；2）加强转换层楼板平面内的整体性和刚度，采纳现浇混凝土楼板，板厚取为 200mm，同时加强转换层下一层楼板平面内刚度，板厚取为150mm；结构布置尽量左右对称，加强薄弱部位楼板的厚度及配筋；在结构整体分析中，考虑薄弱部位楼板平面内变形对结构受力的影响；通过调整剪彩力墙的布置方式，使结构质心和刚心接近，防止扭转；平面尽量布置规章；3）掌握风荷载和地震作用下结构层间位移角，地震作用要满意规范对地震基底剪力与重力荷载代表值限制；掌握结构底部加强区剪力墙及其他部分剪力墙、框支柱

17、及非框支柱轴压比；4）适当加强框支剪力墙转换层以下竖向构件的配筋率；按高规验算结构抗覆和整体稳固；采纳现浇钢筋混凝土楼板，增强结构整体性；核心筒内 部楼板厚采纳150ram，双层双向配筋；围护材料选用新型轻质材料，有利于减轻建筑自重，减小地震反应；6 新型转换层结构欢迎下载精品学习资源6.1 搭接柱转换结构搭接柱转换结构是一种新奇的转换结构体系；6.1.1 设计原就转换柱作为转换构件，混凝土用料较少造价低、自重小，转换层本层建筑空间可充分利用，上下层沿竖向刚度突变较小；以利用搭接柱实现沿建筑立面的外扩为例，搭接柱可将上层柱受力传递到下层柱，；但需留意的是搭接柱上方楼盖承担过分大的拉力，易成为薄

18、弱部位，搭接柱转层上部一两层楼盖仍可能受到影响，承担拉力；转换层下方楼盖主要承担压力；其承载才能相对较 高；标准层外筒框架轴力向下传递使搭接柱本身受力复杂，所受压力、剪立、弯矩都较大；6.1.2 搭接柱转换结构的工作原理搭接柱转换结构在重力荷载作用下的安全度和牢靠度，主要取决于搭接块相连楼盖梁板的承载才能和轴向刚度的掌握；楼盖梁板的承载才能和轴向刚度得到掌握和满意，重力荷载作用下，次内力柱、梁、板、墙的弯矩、剪力）及搭接柱变形就能受到掌握，整个搭接柱转换结构就能正常工作；搭接块相连楼盖梁板承载才能和轴向刚度掌握是搭接柱转换结构重力荷载作用下正常工作的关键技术；6.1.3 贯穿落地筒体 -框架结

19、构工作特性搭接柱转换基本保证了框架柱直接落地整体结构的振动特性及地震作用下 的工作状态与贯穿落地筒体 -框架结构无异；框架柱搭接转换本质是弱化了框架抗侧作用，更进一步强化了核心筒体的抗侧作用；因此核心筒体为整体结构最 主要的抗侧力构件，其承载力、延性和截面尺寸应予以保证，当筒体自下而上 变化混凝土强度等级、截面尺寸及配时，美籍变化均因延长至搭接柱区段上一 层，且需逐步变化减弱搭接柱转换引起局部刚度退化应力集中的影响，保证整 体机构抗震承载才能不致突变；6.1.4 搭接柱转换结构运算分析为了明白搭接柱转换结构在总理荷载、地震荷载组合效应下的工作状况，整体杆系、局部有限元分析特别必要，主要的软件可

20、用SATWE、PMSAP 等等；6.2 其他新型转换结构6.2.1 斜撑转换结构的优越性重力荷载作用下传力路径明确，以构件受压受拉代替构件受弯受剪来承担重力荷载，受力方式特别合理；斜撑转换的转换层与上下层的刚度比变化幅度很小，因此在水平地震力作用下，可以防止结构层间剪力和构件内力发生突 变，有利于结构抗震；6.2.2 宽扁梁转换结构的优越性宽扁梁转换层有利于降低转换层高度和便利建筑设备使用，与建筑功能的结合较一般转换梁有着庞大的优势，同时，讨论分析说明，宽扁梁转换梁用于柱支剪力墙转换、托柱转换在高位、高烈度区抗震性能比一般转换梁有着较大的优势，它有利于减缓高位转换刚度突变带来的转换层框支柱剪力

21、、轴力突变增大及框支柱顶弯矩突变增大引起的应力集中，改善结构的抗震性能；依据高层综合楼建筑功能的需要，挑选相宜的结构转换层，不但可以节约材料用量， 而且也可以节约建造费用；同时敏捷的将建筑与结构统一，实现建筑之美；7 结论欢迎下载精品学习资源1）在现代高层建筑的转换层结构中，因其应用功能的多样化而使建筑物结构传力体系复杂化，在结构设计时应按规范要求并依据现场条件做好分析运算和优化设计，尽可能将影响建筑物使用功能的诸多因素考虑进去，以达到科学经济的设计目的；2）转换层结构的高层建筑受力复杂，在严格掌握层等效剪弯刚度比及层侧向刚度比的前提下，实行有效的结构构造措施，在地震区，采纳转换层结构是解决复

22、杂平面及体型转换的一种行之有效的方法；K. 北京: 中国建筑工业出版社, 2003.6 唐兴荣 . 高层建筑转换层结构设计与施工M. 北京: 中国建筑工业出版社 , 2002.7 徐培福. 复杂高层建筑结构设计 M. 北京: 中国建筑工业出版社 ,2005.8 包世华. 新编高层建筑结构 M. 第 2 版. 北京: 中国水利水电出版社 ,2005.9 赵西安. 现代高层建筑结构设计上册 M. 北京: 科学出版社 ,2000.10 黄瑛. 带转换层高层结构综合楼设计 J.铁道标准设计 , 200511 孔杰 华. 多道 抗震防线 在建 筑抗 震设 计中的 讨论 J.铁道标准设 计 , 20058.12 白洁. 浅谈高层建筑结构的转换层 J.山西建筑 ,2007,3315.欢迎下载