本文選自《湖北理工學院學報》，湖北理工學院學報雜志是由中華人民共和國新聞出版總署、正式批準公開發(fā)行的優(yōu)秀期刊。自 創(chuàng)刊以來，以新觀點、新方法、新材料為主題，堅持“期期精彩、篇篇可讀”的理念。湖北理工學院學報內(nèi)容詳實、觀點新穎、文章可讀性強、信息量大，眾多的欄 目設(shè)置，湖北理工學院學報公認譽為具有業(yè)內(nèi)影響力的雜志之一。湖北理工學院學報并獲中國優(yōu)秀期刊獎，現(xiàn)中國期刊網(wǎng)數(shù)據(jù)庫全文收錄期刊。

　　摘要:近年來，國內(nèi)外高層建筑發(fā)展迅速，現(xiàn)代高層建筑向著體型復雜、功能多樣的綜合性發(fā)展。這一方面為人們提供了良好的生活環(huán)境和工作條件，體現(xiàn)了建筑設(shè)計的人性化理念；另一方面也使建筑結(jié)構(gòu)受力復雜、抗震性能變差、結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計方法復雜化。本文以一棟帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計為例,重點探討了高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點。

　　關(guān)鍵詞：高層建筑,換層,結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　1.工程概況

　　該工程地下二層,地上裙房三層,總層數(shù)三十一層。一層.二層高為4.5米,三層層高均為5.5米,四層至三十一層層高均為3.0米,建筑物總高98.95m。該工程地下二層為車庫及平戰(zhàn)結(jié)合的六級民防地下室,地下一層為大賣場及車庫,一～三層為商場,四～三十一層為高級公寓。建筑抗震設(shè)防類別:為丙類;抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計基本地震加速度0.05g;設(shè)計地震分組為第一組;場地類別為Ⅱ類。轉(zhuǎn)換層設(shè)在第三層樓面。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面簡圖見圖1。采用中國建筑科院編制的2010版PKPM-SATWE程序進行計算。

　　圖1轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面簡圖

　　2.轉(zhuǎn)換層型式的選擇

　　各種形式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)缺點詳見表2.1:

　　3.梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

　　3.1抗震等級的確定

　　本工程轉(zhuǎn)換層以下為框架-剪力墻結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層以上為純剪力墻結(jié)構(gòu),是多種結(jié)構(gòu)形式共存的復雜高層建筑,因而不能象單純的框架結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)那樣籠統(tǒng)地確定抗震等級,而應該嚴格按照現(xiàn)行規(guī)范的不同章節(jié),有針對性地分別確定結(jié)構(gòu)體系各部位不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級,這是設(shè)計的關(guān)鍵點。

　　樓層最小地震剪力控制（抗震規(guī)范5.2.5，高規(guī)4.3.12）

　　抗震驗算時，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應符合下式要求∶

　　VEKi>λ(Gi+Gi+1+….+Gn)

　　式中VEki—第i層對應于水平地震作用標準值的樓層剪力；

　　λ---剪力系數(shù)，不應小于下表規(guī)定的樓層最小地震剪力系數(shù)值，對于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，尚應乘以1.15的增大系數(shù)；

　　Gi---地震時結(jié)構(gòu)第i層的重力荷載代表值。

　　（結(jié)構(gòu)自重標準值加可變荷載組合值）

　　樓層最小地震剪力系數(shù)值：

　　類別7度8度9度

　　扭轉(zhuǎn)效應明顯或

　　基本周期小于3.5s0.016(0.024)0.032(0.048)0.064

　　基本周期大于5.0s0.012(0.018)0.024(0.032)0.040

　　注∶1、基本周期介于3.5s和5s之間的結(jié)構(gòu)，可插入取值；2、括號內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)。

　　水平地震影響系數(shù)最大值αmax∶

　　0.08（0.12）0.16（0.24）0.32

　　綜上所述,本工程各部位的抗震等級確定詳見表3.1.1:

　　3.2結(jié)構(gòu)豎向布置

　　高層建筑的側(cè)向剛度宜下大上小,且應避免剛度突變而帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)顯然有悖于此。轉(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比宜接近于1,不應大于1.3。在設(shè)計過程中,應把握的原則歸納起來,就是要強化下部,弱化上部。可以采用的方法有以下幾種:

　　(1)與建筑專業(yè)協(xié)商,使盡可能多的剪力墻落地,必要時甚至可在底部增設(shè)部分剪力墻(不伸上去)。除核心筒部分剪力墻在底部必須設(shè)置外,還與建筑專業(yè)協(xié)商后,讓兩側(cè)各有一片剪力墻落地1這些無疑都大大增強了底部剛度。

　　(2)加大底部剪力墻厚度。轉(zhuǎn)換層以下剪力墻中,核心筒部分的厚度取為600mm,其余部分的厚度取為400mm。

　　(3)底部剪力墻盡量不開洞或開小洞,以免剛度削弱太大。

　　(4)提高底部柱、墻混凝土強度等級,采用C50混凝土(框支柱采用C50混凝土)。

　　(5)適當減少轉(zhuǎn)換層上部剪力墻數(shù)目,控制剪力墻厚度,并可在某些較長剪力墻中部開結(jié)構(gòu)洞,以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利,還可減輕建筑物重量,減小框支梁承受的荷載;增大結(jié)構(gòu)自振周期,減小地震作用力。

　　工程綜合采用上述幾種方法后,轉(zhuǎn)換層上下剛度比在X方向為0.725,在Y方向為0.813,滿足規(guī)范要求,效果良好。雖然上下部剛度比滿足要求,但畢竟工程仍屬于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層及其下各層為結(jié)構(gòu)薄弱層,因而應將該兩層的地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)。

　　3轉(zhuǎn)換構(gòu)件設(shè)計要求

　　3.1框支柱

　　工程框支柱抗震等級為特一級,軸壓比不得大于0.6,對部分因截面尺寸較大而形成的“短柱”,不得大于0.55。柱截面延性還與配箍率有密切關(guān)系,因而框支柱的配箍率也比一般框架柱的大得多。箍筋不得小于Ф10@100,全長加密,且配箍率不得小于1.5%。在工程中,個別框支柱還兼做剪力墻端柱,所以還應滿足約束邊緣構(gòu)件配箍特征值不小于0.2的要求,折算成配箍率(C50混凝土)即為2.64%。框支柱為非常重要的構(gòu)件,為增大安全性,對柱端剪力及柱端彎矩均要乘以相應的增大系數(shù),每層框支柱承受剪力之和應取基底剪力的30%。

　　3.2框支梁

　　框支梁截面尺寸一般由剪壓比控制,寬度不小于其上墻厚的2倍,且不小于400mm;高度不小于計算跨度的1/6。工程框支梁梁寬統(tǒng)一定為800mm。框支梁受力巨大且受力情況復雜,它不但是上下層荷載的傳輸樞紐,也是保證框支剪力墻抗震性能的關(guān)鍵部位,是一個復雜而重要的受力構(gòu)件,因而在設(shè)計時應留有較多的安全儲備,特一級抗震等級的框支梁縱筋配筋率不得小于0.6%。框支梁在滿足計算要求下,配筋率不小于0.8%。框支梁一般為偏心受拉構(gòu)件,梁中有軸力存在,因而應配置足夠數(shù)量的腰筋。腰筋采用Ф16,沿梁高間距不大于200mm,并且應可靠錨入支座內(nèi)。

　　3.3轉(zhuǎn)換層樓板

　　框支剪力墻結(jié)構(gòu)以轉(zhuǎn)換層為分界,上下兩部分的內(nèi)力分布規(guī)律是不同的。在上部樓層,外荷載產(chǎn)生的水平力大體上按各片剪力墻的等效剛度比例分配;而在下部樓層,由于框支柱與落地剪力墻間的剛度差異,水平剪力主要集中在落地剪力墻上,即在轉(zhuǎn)換層處荷載分配產(chǎn)生突變。轉(zhuǎn)換層樓板承擔著完成上下部分剪力重分配的任務;并且由于轉(zhuǎn)換層樓板自身平面內(nèi)受力很大,而變形也很大,所以轉(zhuǎn)換層樓板必須有足夠的剛度作保證。轉(zhuǎn)換層樓板采用C50混凝土,厚度180mm。Ф14@150鋼筋雙層雙向整板拉通,配筋率達到0.28%。另外,為了協(xié)助轉(zhuǎn)換層樓板完成剪力重分配,將該層以上兩層及以下各層樓板也適當加強,均取厚度150mm。

　　4結(jié)語

　　通過高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程實踐,體會如下:根據(jù)建筑平面及功能要求合理選擇轉(zhuǎn)換層形式,正確選擇建筑抗震類別是轉(zhuǎn)換層設(shè)計的關(guān)鍵點,結(jié)合結(jié)構(gòu)布置,正確選擇各分部的抗震等級,構(gòu)件設(shè)計應注重抗震延性設(shè)計的概念,對主要構(gòu)件進行加強是設(shè)計的重點。

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