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关于梁式转换层结构分析和构造措施
【摘 要】 梁式结构转换层的高层建筑设计中,转换层设计是结构设计的一个难点,由于梁式结构转换层在其施工和设计方面的优点,得以在多功能高层建筑中广泛用于,本文对梁式转换层结构分析与构造措施进行研究。
【关键词】 梁式转换层结构;分析;构造措施
前言
当代的许多高层建筑向综合和多功能用途发展,在同一高层建筑中,顶部的楼层是住宿区,中部的楼层是办公区,底部的楼层是商业和娱乐区。这样不同用途楼层,就会需要不同的空间和开间,并需要不同的结构形式。高层建筑的这种使用要求与结构要求与自然的结构布置是相反,由于一般结构底部楼层的受力较大,正常情况下底部刚度要大、墙结构要多、柱网要密集,从底部到上部是逐渐减少的。所以高层建筑要满足建筑的功能要求,就要求结构上应和常规的结构方式布置相反,上部楼层小开间,布置刚度较大的剪力墙结构,建筑底部大空间,布置刚度较小的框架柱。这种结构布置要求在结构的转换楼层处设置转换层。目前,我国高层建筑转换层多用梁式转换层,梁式转换层有其施工和设计简单,受力明确,多用
一、受力特点
建筑中的上部墙体与转换梁是连接的,其某种程度上来说是一个整体,因而两者共同发生弯曲变形。并且由于转换梁是位于受力边缘的,因而其在整体的深梁中也是出于受到拉力的边缘。因而可以得出上部的墙体与转换梁之间的连接使得两者共同进行工作。而且由于转换梁的实质是墙梁,有垂直传力拱效应,使垂直荷载传递到了墙梁,通过负载转移到框架柱或墙的两侧有很大一部分拱作用,转换梁的力的最终结果是由两个因素的影响,因此,不管在转换梁的上壁是什么结构,只要是有一定长度的壁,该转换弯曲的效果相对于排除上部墙体因素时期总体的弯矩要小,转换成相应的一系列墙梁就会出现在受拉区。弄清楚梁式转换结构传力途径以及相应的转换梁的受力特点才能进行梁式转换层结构的计算。转换梁是梁式转换结构层的核心构件,根据现有的工程经验和分析可以得出,主要影响它受力特点的因素是主要包括梁自身的材料、尺寸形式,上部的结构类型、刚度,剪力墙等和梁的刚度比,以及上层、下层结构的类型、相对刚度大小等等。
二、高层建筑梁式结构转换层的研究现状
随着建筑结构层数的增多,建筑物的功能也发生了变化,在梁式结构转换层中传力梁和其上部小间距梁柱的框架形成共同的受力结构。梁式的转换层上的墙承式结构,形成墙和梁的组合结构,由国内外的大量的试验数据和理论的分析可看出,梁式转换层的转换梁的上部墙体是处在受压状态的,而转换梁处在偏心的受拉状态。在建筑结构中理想的状态是墙满载于梁式转换层的转换梁,这样便形成一种下梁上墙暗梁式的结构体系。但是因为建筑物的功能要求,时常是墙不是成满跨状态布置在转换梁的上部,形不成理想状态的墙梁的组合结构。
三、梁式转换层结构分析与构造措施
1、构造要求
转换梁的截面尺寸一般由剪压比计算控制,避免脆性破坏,具有合适的含箍率及配筋率。一般情况下,转换梁并不适宜进行开洞,而如果有特殊情况必须进行开洞,应该对做出特殊的要求,洞口边离开支座柱边的距离不宜小于梁截面高度,被洞口削弱的截面应进行承载力计算,因开洞形成的上、下弦杆应加强纵向钢筋和抗剪箍筋的配置。转换层结构与周边构件有共同工作特性,其受力复杂,某些部位有应力集中现象,基于此,其周边构件如框支柱、上部墙体或框架及转换层楼板应予以加强。可按高层建筑混凝土结构技术规程第10.2条。
2、结构布置
一般在高层建筑结构设计中采用转换层的结构设计,都是因为处于建筑功能的考虑,建筑底层的楼层空间结构设计均为大开间,而上层的空间结构开间则相对较小;下层的梁柱数量较少,而上层的梁柱相对较多。这种结构设计是不符合常规的建筑结构设计的,若不进行转换层结构设计,就会使建筑的楼层结构稳定性和受力性能受到很大影响。但是即便设计了结构转换层,其布置设计不合理,也不会起到良好的转换作用。一般在转换层结构的布置设计中需要注意以下几点布置事项:(1)平面为长矩形,其平面的横向的剪力墙数量相对而言较多的时候需要对于剪力墙的数量进行对比,也就是说落地剪力墙与横向剪力墙之间数量的比值,非抗震设计时不宜少于30%;抗震设计时不宜少于50%,对于一般平面,在非震区γ应尽量接近于1,不应大于3;落地剪力墙和筒体底部墙体应加厚;(2)转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比应符合本规程附录E的规定;直接落地的竖向构件越少,转换结构越少,转换层造成的刚度突变就越小,对结构抗震更有利。(3)框支层周围楼板不应错层布置;(4)落地剪力墙和筒体的洞口宜布置在墙体的中部;(5)框支剪力墙转换梁上一层墙体内不宜设边门洞,不宜在中柱上方设门洞。
3、转换层梁板的设计
高层建筑梁式转换层的结构设计大体可以分成
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