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摘要:城市的发展带动了建筑行业的发展,其建筑功能也随之具有多样性的特点。结构设计需根据建筑使用功能的要求进行设计,特别对于底部大空间上部为住宅的建筑,常需要设置结构转换层,进而实现建筑功能的多样化和综合化,满足人们对建筑使用功能的多种需求。
关键词:转换层;结构设计;探讨
1带转换层结构的特点
由于建筑转换层构建需承受较强的竖向荷载,增大了其内力,同时转换构件截面较大及下部大空间的使用要求,导致其对地震响应度持续增加,极易导致薄弱处的出现。
2带转换层结构设计的原则
带转换层结构进行设计的过程中,需最大限度的减少被转换的竖向构件数量,同时在此基础上加大直接落地的竖向构件数量和截面,继而能够缓解结构刚度突变带来不利的影响,从而更好的确保带转换层结构整体稳固性。在具体设计过程中,需减小转换层所处的位置,减少转换层在地震作用下对结构整体变形的影响。
3带转换层结构设计中应注意的问题
3.1转换层的结构布置
3.1.1转换层结构形式
对于建筑内的转换层来说,因为转换层的一部分竖向构件无法直接落地,所以必须具备绝对有保障的转换结构构件来做支撑。借鉴如今所得到的经验以及成果,将转换构件设置为转换大梁、厚板、箱型结构和斜撑等结构的形式。
3.1.2厚板转换的适用范围
对于厚板转换来说,当前我们对其在地震区的使用并没太多经验可以借鉴,所以目前,将其应用于非地震区内,有时还可应用在6度区的抗震设计中。在某些特殊状况下,厚板转换亦能够运用在7、8度区抗震设计需求的地下转换结构当中,这样做主要是因为一般结构将嵌固端放置于地下室顶板标高,并且地下室对于地震的反应响应程度不及上部结构。
3.1.3新增的重要原则
对于框支剪力墙结构不仅要求上部墙体具有一定的整体刚度,而且在底部一定程度内转换部分墙体,其底部落地的墙体需依据标准增加厚度,更好的符合其刚度需求。在框支剪力墙结构中,如遇长矩形的结构平面布置,为了更好的形成抗侧力体系,所以一定要严格遵守落地剪力墙的间距规则。新增的这几项原则的主要目的就是减少转换层的刚度突变,并且加严了抗震方面的设计要求。只有严格遵守这些规则,才可以在一定范围内降低转换层的刚度突变,降低内力传递的变化大小,最终使得转换层楼盖的刚性适当,降低对整体结构的不利影响。
3.1.4框支剪力墙上不适宜的布置
就框支剪力墙而言,转换梁上部墙体不满足边门洞的设置。通过调查分析可知,布置了边门洞的墙体毁坏可能性增高,主要是因为门洞改变了框支梁和墙的受力性能。另外,设计时还应该将落地剪力墙的洞口布置在墙面的中间位置,这样能够使得剪力墙体受力更加均匀。
3.2带转换层高层建筑结构的抗震设计
在高层建筑结构中,具有转换层的建筑,因转换层的存在使得整个结构的刚度在转换层处易产生突变,导致转换层的承载力降低,还可能会导致整个的传力路径出现问题,最终将整个结构的抗震能力降低。
基于此,对带有转换层的高层建筑结构想要增加自身的抗震能力,则应该明确知道以下三项措施:(1)建筑物进行抗震设计时,如果采用高位转换,那么整个建筑的受力情况都会变得极其脆弱。在对一些数据进行计算分析之后得知,地震发生时,倾覆力矩的分布曲线将会发生改变,而且这个改变将会在转换层变化尤为突出,转换层以下是框架剪力墙,对于这个结构的倾覆力矩曲线来说,过了转换层将会逐渐变缓。(2)倾覆力矩曲线在转换层出发生改变的最主要是因为转化层内的框支剪力墙将吸收的地震力转移到了落地剪力墙内。当转换层所处高度较大时,对于落地剪力墙来说,其剪力的刚度将会发生很大的改变,而且整个传力途径也发生了变化;而对于框支剪力墙来说,其因为墙体吸收的地震效应相当大,所以其遭受破坏的程度也异常大。因此,设计过程中若能够增加上部剪力墙数量,降低其数量,提高结构整体刚度。虽然当下我国大量的高层建筑中都按照规定布置了一些转换层,但是目前这些布置了转换层的建筑结构还没有机会检测一下是否能经得住大震的洗礼。因为对于转换层来说,它的竖向构件上下不能贯通,导致薄弱处的出现。所以,在设计时,一般将转换层的地震剪力按规定放大。(3)如遇到7度(0.15g)、8度地震,大跨度结构需重视竖向地震的影响,要按照规定将转换构件的承载能力提高。
3.3转换层上下结构侧向刚度比的合理取值
若转换层位于两层以上,在计算过程中需重视侧向刚度与其相邻上层的侧向刚度比高于60%。继而能够保证其上部刚度的降低,适当提高转换层的侧向刚度,使转换层有相应的刚度来抵抗地震力作用下的变形。适当提高转换层的侧向刚度,避免转换层过柔,形成薄弱层。设计时建议即使经过计算,避免薄弱处的出现,若位于薄弱层,需保证地震作用标准值的剪力乘以1.25的增大系数。
除此之前,在两层之上转换层结构需依据《高层建筑混凝土结构技术规程》附录E来计算等效侧向刚度,其中需对其上层与下层侧向刚度完成依次计算,并完成对比他那天。就高层建筑而言上下两层结构的等效侧向刚度比的取值宜接近1。对于外围疏距和内部疏距的框架-筒体结构,设计时需要相应的增加底部筒体以及框架结构的刚度。对于底部大空间框支剪力墙结构,其底部有一部分的剪力墙结构改变为框支框架结构,底部的刚度大大降低,设计时需减少底部转换层的刚度突变,需严格控制转换层与相邻上部结构之间的等效刚度比值。
所以,当转换层布置在两层以上时,依据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定分别计算转换层下部结构与上部结构的侧向刚度比和等效剪切刚度比,设计中应同时满足这两个刚度比的限制条件。
3.4施工荷载考虑
带有转换层的结构,其转换层的楼板一般采取加厚,配筋加强的措施来提高转换层的整体刚度,转换构件的截面尺寸较大,如转换大梁,转换柱,因此转换层的结构自重一般接近上部标准层的两倍多。设计需要明确要求施工时转换层的模板支撑需直接落到地下室顶板或基础上,并且设计时应考虑此部分的施工荷载对地下室顶板或基础的不利影响,保证施工阶段结构的安全性。
4结语
由于带转换层结构的体系复杂以及施工难度相对较大,设计时首先应该注重把握结构整体设计,以概念设计为基础,通过软件计算分析,按照规范规定合理布置竖向构件,选择适宜的构件截面,使其上下层刚度均匀过度,避免出现刚度突变,并反复比较调整,以得到最为合理的结构布置。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ3-2010[S].中国建筑工业出版社,2010.
[2]建筑抗震设计规范:GB50011-2010[s].中国建筑工业出版社,2010.
[3]常晋.高层建筑梁及板式转换层的结构设计研究[J].山西建筑,2019,45(09):42-44.