發(fā)布時間：2023-08-04 17:18:32
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞:高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；轉(zhuǎn)換層；探討
Abstract: this paper expounds the characteristics of the structure stress, the actual engineering for example, analyzed the conversion layers problems encountered in the design of structure, and the conversion layers structure design put forward some reasonable Suggestions.
Keywords: high building; Structure design; Conversion layers; explore
中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A 文章編號：
1 結(jié)構(gòu)受力特點
工程中經(jīng)常遇到的帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式即為底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu),即結(jié)構(gòu)的部分剪力墻落地,部分剪力墻在底部變?yōu)榭蚣?這種結(jié)構(gòu)形式的受力特點是:
1) 底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)以轉(zhuǎn)換層為界,其上部所有剪力墻變形曲線相似,由水平外力產(chǎn)生的樓層剪力按各片剪力墻的等效剛度比例分配,其下部由于框支剪力墻的側(cè)向剛度急劇變小,使底層框架承擔的水平力也迅速減小,而落地剪力墻在底層承擔的水平力卻迅速增加。
2) 水平力在底層分配關(guān)系迅速改變,這種改變是通過轉(zhuǎn)換層的剛性樓板對內(nèi)力的傳遞作用而實現(xiàn)的。轉(zhuǎn)換層樓板在完成上下樓層剪力重新分配的同時,自身在平面內(nèi)受到很大的力,也產(chǎn)生了較明顯的平面內(nèi)變形,從而影響了關(guān)于樓板平面剛度無限大的基本假定。
3) 當?shù)讓涌蛑е吐涞丶袅Π吹刃偠确峙渌搅r,由于框支柱的側(cè)向剛度通常不到剪力墻側(cè)向剛度的1 % ,因此在計算中它所承擔的水平力是極小的。但當轉(zhuǎn)換層樓板有變形時,底層在框支柱區(qū)域內(nèi)水平位移達到最大,從而使框支柱實際受到的剪力要比理論分析所得到的剪力大得多。
以上受力特點表明,轉(zhuǎn)換層上下附近的受力狀況是比較復雜的,在工程設(shè)計時必須對落地剪力墻和框支柱留有安全儲備。
2 工程概況及結(jié)構(gòu)設(shè)計
某舊城改造回遷樓工程建筑面積63362m2 ,總建筑層數(shù)為地下1 層,地上26層。地下1層為車庫及設(shè)備配套用房,地上1～2層為商鋪,3層～26層為住宅,建筑物總高77.8m ,地下1層整體大地盤，上部結(jié)構(gòu)劃分為五個單元。由于功能和使用上的要求,地上1～2層需要大開間,柱距6.9m,8m,因而在結(jié)構(gòu)布置上采用框支剪力墻結(jié)構(gòu),電梯間核心筒為落地剪力墻,其余為6.9m ,8m 間距的框架柱;3層以上結(jié)構(gòu)形式采用剪力墻結(jié)構(gòu),為了保證上下層結(jié)構(gòu)受力的準確傳遞,在3層設(shè)梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。
3 結(jié)構(gòu)分析
1) 本工程屬丙類建筑,抗震設(shè)防烈度為8 度(0. 2g) ,場地類別為Ⅲ類,設(shè)計地震分組為第一組,按50 年一遇基本風壓值為0. 40kN/ m2 ,地面粗糙度為C 類。
2) 正常設(shè)計的高層建筑下部樓層側(cè)向剛度宜大于上部樓層側(cè)向剛度,否則變形會集中于剛度小的下部樓層形成薄弱層,為了防止這種薄弱層的出現(xiàn)，要求樓層側(cè)向剛度不宜小于上部相鄰樓層的70 %或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80 %。在本工程中轉(zhuǎn)換層上一層剪力墻厚度為250 mm ,轉(zhuǎn)換層及以下結(jié)構(gòu)的剪力墻厚度加大為500 mm ,柱子截面尺寸取900 mm ×1300 mm ,1100 mm ×1300 mm 等。
3) 落地剪力墻抗剪能力驗算。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》7. 2. 1122 有:
取受力較大的一段墻肢,墻長4m ,墻厚500 mm , V =6980.4kN ,M = 525.5 kN·m , N =22867.8 kN ,經(jīng)驗算滿足抗剪要求。
4 結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的問題
4. 1 合理的剪力墻布置對轉(zhuǎn)換層受力的影響
本工程的方案設(shè)計由外方承擔,戶型變換較多，在與中方建筑施工圖設(shè)計配合中,為了提高建筑物的抗震性能，盡量避免了二級轉(zhuǎn)換和寬扁梁轉(zhuǎn)換,使結(jié)構(gòu)受力更合理。同時，為了發(fā)揮轉(zhuǎn)換梁與上部剪力墻的共同拱作用，我們盡量將剪力墻滿跨或接近滿跨，減少梁中支撐承托上部小墻肢的情況。優(yōu)化后的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置圖如圖1所示。
圖1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面
4. 2 剪力墻的合理布置對上下剛度傳遞的影響
前面提到要使上下兩種不同結(jié)構(gòu)形式內(nèi)力得以準確傳遞,首先要盡量避免轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)的剛度突變,這個問題可從兩方面解決,一方面減少上部剛度,即上部住宅能不設(shè)剪力墻的部位就不設(shè)剪力墻 ,另一方面加大下部剛度,在建筑使用功能允許的條件下,加大落地剪力墻以及框支柱截面,同時注意剪力墻的布局均勻、對稱。本工程轉(zhuǎn)換層同其上一層的側(cè)向剛度比為X 向1.3左右 ,Y向1.1左右，結(jié)構(gòu)受力較為合理經(jīng)濟。
4. 3 轉(zhuǎn)換梁剛度對其自身內(nèi)力、配筋及上部剪力墻內(nèi)力的影響
由于轉(zhuǎn)換層附近結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布非常復雜,一般在實際工程中首先根據(jù)建筑設(shè)計要求估算確定剪力墻的布置,對轉(zhuǎn)換梁的構(gòu)件尺寸進行計算、試算、調(diào)整,有關(guān)資料表明,轉(zhuǎn)換梁斷面一般宜由剪壓比控制,以避免脆性破壞和具有合適的含箍率,本工程框架抗震等級為一級,適宜的轉(zhuǎn)換梁剪壓比控制值應為0. 08 左右。轉(zhuǎn)換梁剪壓比:
式中: Vmax ———轉(zhuǎn)換梁支座截面最大組合剪力設(shè)計值,kN ;
fc ———轉(zhuǎn)換梁混凝土抗壓設(shè)計強度,MPa ;
b ———轉(zhuǎn)換梁截面的寬度,m;
h0 ———轉(zhuǎn)換梁截面有效高度,m。
在初步計算時，根據(jù)工程經(jīng)驗，Vmax=（0.4～05）G，G為轉(zhuǎn)換梁上全部重力荷載設(shè)計值。
經(jīng)過計算比較,結(jié)合建筑層高要求，本工程轉(zhuǎn)換梁斷面取600mm ×1200mm以及700mm ×1200mm。
4.4 轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法分析
轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法主要有三種：1、普通梁截面計算，直接取用高層建筑結(jié)構(gòu)計算分析程序（如PKPM）內(nèi)力計算結(jié)果進行計算；2、偏心受拉構(gòu)件截面計算，將轉(zhuǎn)換梁進行有限元分析得出的應力轉(zhuǎn)換成截面內(nèi)力進行計算；3、深梁截面計算，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體組合成一倒T形深梁進行計算。
普通梁截面計算適用于轉(zhuǎn)換梁承托上部普通框架柱或上部小墻肢，偏心受拉構(gòu)件截面計算適用于轉(zhuǎn)換梁承托上部斜桿框架，其余情況適合采用深梁截面計算方法。本工程轉(zhuǎn)換梁承托小墻肢以及滿跨或接近滿跨墻體，故采取普通梁及深梁截面計算方法。普通梁截面計算方法直接讀取PKPM計算結(jié)果，深梁計算方法則取轉(zhuǎn)換層以上三層高度墻體與轉(zhuǎn)換梁一起組成倒T深梁，對PKPM計算結(jié)果進行核算。
5 結(jié)語
關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計；
Abstract: With the rapid increase of China's national economic development and people's life. The owner and architect's innovative art of the reinforced concrete high-rise building development is widely used. Structure design of high-rise buildings put forward higher requirements for the engineering design, the face of such situation, should make the high-rise building structure design in the first place to study. Several problems in the structure design should pay attention to.
Key words: high-rise building; structure design;
中圖分類號：TU2
高層建筑目前在我們的城市建設(shè)當中所占的比例是越來越大，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的變化也越來越多，很多新興的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案以迅猛的速度呈現(xiàn)在我們的城市建設(shè)中。建筑類型與功能越來越復雜，高層建筑的數(shù)量口漸增多，高層建筑的結(jié)構(gòu)體系也是越來越多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也越來越成為高層建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計工作的難點與重點。
1高層建筑結(jié)構(gòu)受力方面
對于一個建筑物的最初的方案設(shè)計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。
對于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加。豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計的控制因素，其原因有兩個：①較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒；②側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。
與豎向荷載相比，側(cè)向荷載對建筑物的效應不是線性增加的，而隨建筑高度的增高迅速增大。高層建筑的結(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑有很大的差異。
2結(jié)構(gòu)選型階段
2.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動，新規(guī)范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應采用嚴重不規(guī)則的設(shè)計方案。因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。
2.2結(jié)構(gòu)的超高問題?？拐鹨?guī)范與高規(guī)中。對結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此。必須對結(jié)構(gòu)的該項控制因素嚴格注意，一旦結(jié)構(gòu)為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設(shè)計方法和處理措施將有較大的變化。
2.3嵌固端的設(shè)置問題。于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。
2.4短肢剪力墻的設(shè)置問題。新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5－8的墻定義為短肢剪力墻。且根據(jù)實驗資料和實際經(jīng)驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。
3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的原則
3.1 選用適當?shù)挠嬎愫喗Y(jié)構(gòu)計算式在計算簡圖的基礎(chǔ)上進行的，計算簡圖選用不當則會導致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構(gòu)造措施來保證。實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點和剛結(jié)點，但與計算簡圖的誤差應在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。
3.2 選擇合適的基礎(chǔ)方案。礎(chǔ)設(shè)計應根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算?；A(chǔ)設(shè)計應有詳盡的地質(zhì)勘察報告，對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應進行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。
3.3 合理選擇構(gòu)方案。合理的設(shè)計必須選擇一個經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應受力明確，傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應力求平面和豎向規(guī)則。總而言之，必須對工程的設(shè)計要求、材料供應、地理環(huán)境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時應進行多方案比較，擇優(yōu)選用。 3.4 正確分析計算結(jié)果。結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采用計算機技術(shù)，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導致不同的計算結(jié)果。因此設(shè)計師應對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設(shè)計時，由于結(jié)構(gòu)實際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導致錯誤的計算結(jié)果，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時應認真分析，慎重校核，做出合理判斷。
3.5 采取相應的構(gòu)造措施：結(jié)構(gòu)設(shè)計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓若拉原則”，注意構(gòu)件的延性性能；加強薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度；考慮溫度應力的影響力。
4 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點
4.1軸向變形不容忽視：高層建筑中，豎向載荷很大，能在柱中引起較大的軸向變形，對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大；此外還會對預測構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(diào)整。
4.2 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標：相對于底層建筑而言，高層建筑的結(jié)構(gòu)更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。
4.3水平荷載成為決定因素：①高層建筑樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比；②某一定高度樓房，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度變化。
5 高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題分析
5.1 結(jié)構(gòu)的超高問題。在抗震規(guī)范和高規(guī)范中，對結(jié)構(gòu)的總高度有著嚴格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度以為，增加了B級高度，處理措施與設(shè)計方法都有較大改變。在實際工程設(shè)計中，出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設(shè)計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當巨大。
5.2 短肢剪力墻的設(shè)置問題。在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5～8的墻定義為短肢剪力墻，且根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計工作增加不必要的麻煩。
5.3 嵌固端的設(shè)置問題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計算時嵌的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設(shè)計工作的大量修改或埋下安全隱患。
5.4 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動，新規(guī)范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應采用嚴重不規(guī)則的設(shè)計方案。因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設(shè)計階段工作的被動。
關(guān)鍵詞：高層；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計
Abstract: With the development of high-rise buildings, people in high-rise building design requirements are also increasing. This paper firstly outlined high-rise building design principles, the proposed high-rise building structure design and several relevant problems.
Key words: high-rise building structure; design
中圖分類號：TU973 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則
1、選用適當?shù)挠嬎愫唸D：結(jié)構(gòu)計算式在計算簡圖的基礎(chǔ)上進行的，計算簡圖選用不當則會導致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當?shù)挠嬎愫唸D是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構(gòu)造措施來保證。實際結(jié)構(gòu)的節(jié)點不可能是純粹的鉸結(jié)點和剛結(jié)點，但與計算簡圖的誤差應在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。
2、選擇合適的基礎(chǔ)方案：基礎(chǔ)設(shè)計應根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計時宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算。基礎(chǔ)設(shè)計應有詳盡的地質(zhì)勘察報告，對一些缺少地質(zhì)報告的建筑應進行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類型。
3、合理選擇構(gòu)方案：一個合理的設(shè)計必須選擇一個經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個切實可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應受力明確，傳力簡捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應力求平面和豎向規(guī)則?？偠灾?，必須對工程的設(shè)計要求、材料供應、地理環(huán)境、施工條件等情況進行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時應進行多方案比較，擇優(yōu)選用。
4、正確分析計算結(jié)果：在結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍采用計算機技術(shù)，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導致不同的計算結(jié)果。因此設(shè)計師應對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設(shè)計時，由于結(jié)構(gòu)實際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導致錯誤的計算結(jié)果，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時應認真分析，慎重校核，做出合理判斷。
5、采取相應的構(gòu)造措施：結(jié)構(gòu)設(shè)計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓若拉原則”，注意構(gòu)件的延性性能；加強薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度，尤其是鋼筋的執(zhí)行段錨固長度；考慮溫度應力的影響力。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題分析
1、高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能。對于一個建筑物的最初的方案設(shè)計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，所以，在建筑設(shè)計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。
2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的扭轉(zhuǎn)問題
建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉(zhuǎn)破壞，應在結(jié)構(gòu)設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡面形式，當需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時，在結(jié)構(gòu)平面布置時，應盡可能使結(jié)構(gòu)處于對稱狀態(tài)。
3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的側(cè)移和振動周期
建筑結(jié)構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)的振動周期問題包含兩方面：合理控制結(jié)構(gòu)的自振周期；控制結(jié)構(gòu)的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。
(1)結(jié)構(gòu)自振周期
高層建筑的自振周期(T 1)宜在下列范圍內(nèi)：
框架結(jié)構(gòu)：T1=(0.1—0.15)N
框一剪、框筒結(jié)構(gòu)：T1=(0.08-0.12)N
剪力墻、筒中筒結(jié)構(gòu)：TI=(0.04—0.10)N
N為結(jié)構(gòu)層數(shù)。
結(jié)構(gòu)的第二周期和第三周期宜在下列范圍內(nèi)：
第二周期：T2=(1／3—1／5)T1；第三周期：T3＝(1／5—1／7)T1。
(2)共振問題
當建筑場地發(fā)生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發(fā)生共振。因此在建筑方案設(shè)計時就應針對預估的建筑場地特征周期，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的層數(shù)，選擇合適的結(jié)構(gòu)類別和結(jié)構(gòu)體系，擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發(fā)生。
(3)水平位移特征
水平位移滿足高層規(guī)程的要求，并不能說明該結(jié)構(gòu)是合理的設(shè)計。同時還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，地震力的大小與結(jié)構(gòu)剛度直接相關(guān)，當結(jié)構(gòu)剛度小，結(jié)構(gòu)并不合理時，由于地震力小則結(jié)構(gòu)位移也小，位移在規(guī)范允許范圍內(nèi)，此時并不能認為該結(jié)構(gòu)合理。因為結(jié)構(gòu)周期長、地震力小并不安全。其次，位移曲線應連續(xù)變化，除沿豎向發(fā)生剛度突變外。不應有明顯的拐點或折點。一般情況下剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線應為彎曲型?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的位移曲線應為剪切型t框一剪結(jié)構(gòu)和框一筒結(jié)構(gòu)的位移曲線應為彎剪型。
4、位移限值、剪重比及單位面積重度
(1)位移限值在結(jié)構(gòu)整體計算的輸出結(jié)果中，結(jié)構(gòu)的側(cè)移(包括層間位移和頂點位移)是一個重要的衡量標準，其數(shù)值大小從一個側(cè)面反映出結(jié)構(gòu)的整體剛度是否合適，過大或過小都說明結(jié)構(gòu)剛度過小或過大(或者體現(xiàn)結(jié)構(gòu)兩個主軸方向的剛度是否均衡)，以致要引起設(shè)計者對其中的結(jié)構(gòu)體系選擇、結(jié)構(gòu)的豎向及平面布置合理性的再思考。
(2)剪重比及單位面積重度結(jié)構(gòu)的剪重比(也即水平地震剪力系數(shù))λ=VEK／G是體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在地震作用下反應大小的一個指標．其大小主要與結(jié)構(gòu)地震設(shè)防烈度有關(guān)，其次與結(jié)構(gòu)體型有關(guān)，當設(shè)防烈度為7、8、9度時，剪重比分別為0.012，0.024．0.040；扭轉(zhuǎn)效應明顯或基本周期
三、結(jié)束語
關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層；梁式轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計
Abstract: setup of high-rise building conversion layers structure in order to meet the demand of large space, at the bottom of the part to the upper floor vertical component cannot directly through consecutive fall to the ground condition, at the same time, the internal force of upper structure is transferred to the beam transformation layer with a force directly, clearly, force transformation path clear, good mechanical performance, reliable operation, the advantages of simple structure, convenient construction. Overview in this paper, the transformation layer, the design principles of the conversion layer is analyzed, and the design method of beam type transition layer problems and correct design methods are studied.
Key words: high-rise buildings; The transformation layer; Beam transformation layer; The structure design.
中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
轉(zhuǎn)換層概述
建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結(jié)構(gòu)（設(shè)備）類型，并通過該樓層進行結(jié)構(gòu)（設(shè)備）轉(zhuǎn)換，則該樓層稱為結(jié)構(gòu)（設(shè)備）轉(zhuǎn)換層。目前的高層建筑多為低層商用，上部住宿的多功能要求，在低層商用要求的大空間與上部住宿要求的多墻多柱的小空間之間，往往需要采用一定的結(jié)構(gòu)形式進行轉(zhuǎn)換處理，即加設(shè)轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層常用的結(jié)構(gòu)形式包括梁式、空腹桁架式、斜桿桁架式、箱形和板式。 轉(zhuǎn)換層在建筑上具有提供大的室內(nèi)空。間；為建筑物提供大的入口；在高層建筑中部提供大空間等功能
二、轉(zhuǎn)換層設(shè)計原則
高層建筑中轉(zhuǎn)挨層的設(shè)置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時在轉(zhuǎn)換層上下容易形成薄弱環(huán)節(jié)，對結(jié)構(gòu)抗震不利，故轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在設(shè)計時應遵循以下原則：
1、減少轉(zhuǎn)換
布置轉(zhuǎn)換層時，當上下主體是豎向結(jié)構(gòu)時，尤其對于有框架核心筒結(jié)構(gòu)中核心筒的情況時，應該注意使盡可能多的上部豎向結(jié)構(gòu)，并且能向下落地連續(xù)貫通。
2、傳力直接
傳力直接能夠?qū)φw結(jié)構(gòu)有很好的轉(zhuǎn)換作用，布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時，應該盡量避免多級復雜轉(zhuǎn)換，這樣使水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)傳力直接，而且慎重采用傳力復雜、抗震不利的厚板轉(zhuǎn)換，如上下柱網(wǎng)確實無法對齊時，盡量采用箱形轉(zhuǎn)換。
3、優(yōu)化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)
當建筑功能里面考慮到抗震設(shè)計，宜優(yōu)先選擇如斜腹桿桁架(包括斜撐)、空腹桁架和扁梁等，不致引起地震作用下框支柱(邊柱)柱頂彎矩過大、柱剪力過大的結(jié)構(gòu)形式。同時要注意需滿足重力荷載作用下強度、剛度要求。
4、保證強度
設(shè)計中應當確保轉(zhuǎn)換層有足夠的剛度，一般應使梁的高度不小于跨度的六分之一，才能保證內(nèi)力在轉(zhuǎn)換層及其下部構(gòu)建中分配合理，轉(zhuǎn)換梁、剪力墻柱有良好的受力性質(zhì)，能較好的祈禱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換作用。
5、對稱布置
梁上轉(zhuǎn)換層以上的墻和柱子應盡量對稱布置，梁上立柱應盡量設(shè)在轉(zhuǎn)換梁跨中，以免轉(zhuǎn)換梁變形時，在梁上立柱的柱腳處產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)角，帶動立柱柱腳產(chǎn)生較大變形，引起柱的彎曲及剪切，使立柱很大的內(nèi)力而超筋。
三、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計方法存在的問題
目前在多、高層建筑中，開發(fā)商多要求建筑物具有完備的建筑功能，建筑師在建筑設(shè)計中也往往首先想到采用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層來完成上、下層建筑物功能的轉(zhuǎn)換。但一些結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在實際進行轉(zhuǎn)換層設(shè)計時顯得無從下手，沒有可操作、可遵循的設(shè)計思路、設(shè)計原則來進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。造成這種現(xiàn)象的主要原因是當前轉(zhuǎn)換層設(shè)計沒有相關(guān)的可遵循的設(shè)計準則，使設(shè)計人員難以進行結(jié)構(gòu)選型、截面確定、計算模型確定、計算方法確定，計算結(jié)果應用以及配筋方法的實施等一系列結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟。這種現(xiàn)狀與我國當前高層建筑的迅猛發(fā)展是不相適應的。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)層具有與一般結(jié)構(gòu)層相比結(jié)構(gòu)重量大、結(jié)構(gòu)層剛度大、幾何尺寸超大、受力復雜等特點。這樣的尺寸和重量意味著轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)組成了建筑物的主要構(gòu)件。它們設(shè)計的是否合理、安全、經(jīng)濟對整個結(jié)構(gòu)的安全性、結(jié)構(gòu)造價、施工費用等有著重要影響?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)換層設(shè)計方法，主要是針對形式簡單、受力相對簡單的轉(zhuǎn)換梁，對于受力復雜的轉(zhuǎn)換梁還沒有深入研究。即便是對于形式簡單的轉(zhuǎn)換梁，其受力性能也沒有完全清楚，而往往是互相混淆，設(shè)計概念不明確，設(shè)計原則不準確。對于轉(zhuǎn)換梁的配筋方法也限于用普通梁的配筋方法加以套用，造成轉(zhuǎn)換梁截面超大、配筋偏多、配筋構(gòu)造無法實現(xiàn)、施工困難等現(xiàn)象。
三、梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法
高層建筑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)一般可分為4種基本結(jié)構(gòu)形式，即：梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(包括托梁和雙向梁格)、桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(包括空腹桁架)、箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。
一般運用于底部大空間的框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系.它是將上部剪力墻落在框支梁上,再由框支柱支撐框支梁的結(jié)構(gòu)體系. 當需要縱橫向同時轉(zhuǎn)換時,則采用雙向梁布置.梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計和施工均較為簡單,傳力較為明確,是目前應用最為廣泛的轉(zhuǎn)換型式。它的缺點在于,當上下軸線錯位布置時,需增設(shè)較多的轉(zhuǎn)換次梁,空間受力較為復雜,此時應對框支主梁進行應力分析。
（一）梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算要點
（1）帶轉(zhuǎn)換層的高層結(jié)構(gòu)是復雜的空間受力體系，必須將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)中的一個重要組成部分，應確定較能反映結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的實際受力狀況的力學模型，選取合適的三維空間分析軟件進行整體結(jié)構(gòu)計算分析。
（2）抗震計算中，宜考慮平扭耦聯(lián)計算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應，振型數(shù)不應少于15，且應使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90％。
（3）應采用彈性時稱分析法進行補充計算；必要時宜采用彈塑形靜力或動力分析方法驗算薄弱層彈塑形變形。
（4）8度抗震設(shè)計時轉(zhuǎn)換構(gòu)件還應考慮豎向地震的作用，可采用反映譜方法或動力時程分析方法計算；近似考慮，也可取構(gòu)件重力荷載代表值的10%；
（5）轉(zhuǎn)換層是薄弱樓層，不論其豎向側(cè)向剛度是否滿足規(guī)范要求，其地震剪力應乘以1．15的增大系數(shù)。特一級、一級、二級轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用內(nèi)力應分別乘以增大系數(shù)1.8，1.5，1.25。
（6）框支轉(zhuǎn)換中，由于轉(zhuǎn)換層以下的落地剪力墻剛度遠大于框支柱，為提高剪力墻裂縫開展后框支柱的承載力安全度，應對框支柱的剪力作相應調(diào)整。．框支柱承受的最小地震剪力計算以框支柱的數(shù)目10根為分界，此規(guī)定對于結(jié)構(gòu)的縱橫兩個方向是分別計算的。若框支柱與鋼筋混凝土剪力墻相連成為剪力墻平面內(nèi)方向統(tǒng)計時端柱計入框支柱的數(shù)目，沿剪力墻平面外方向統(tǒng)計時其端柱計人框支柱的數(shù)目。
（7）帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)屬于豎向不規(guī)則建筑，應特別重視轉(zhuǎn)換層以及底部加強部位的加強，體現(xiàn)“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強底層柱底”、“強底層墻底”等的一系列內(nèi)力設(shè)計值調(diào)整系數(shù)均應按規(guī)范予以考慮，目的即是要重點加強以滿足前述的設(shè)計概念的第二條要求。
（二）托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計
當轉(zhuǎn)換梁承托上部普通框架時，在轉(zhuǎn)換梁常用截面尺寸范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設(shè)計方法進行配筋計算；當轉(zhuǎn)換梁承托上部斜桿框架時，轉(zhuǎn)換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構(gòu)件進行截面設(shè)計。
（三）托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計
當轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法宜采用深梁截面設(shè)計方法或應力截面設(shè)計方法，且計算的縱向鋼筋應沿全梁高適當分布配置。由于此時轉(zhuǎn)換梁跨中較大范圍內(nèi)的內(nèi)力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸人支座。當轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨且開較多門窗洞或不滿跨但剪力墻的長度較大時，轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法也宜采用深梁截面設(shè)計方法或應力截面設(shè)計方法，縱向鋼筋的布置則沿梁下部適當分布配置，且底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸入支座。當轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體為小墻肢時，轉(zhuǎn)換梁基本上可按普通梁的截面設(shè)計方法進行配筋計算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉(zhuǎn)換梁的底部。轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)形式有很多種，目前高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的實際工程應用也很多。一般而言，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的分析必須按施工模擬，使用各階段及施工實際支撐情況分別進行計算，以反映結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的真實情況。施工過程中的力學問題應引起設(shè)計人員和施工人員的高度重視。
結(jié)束語
梁式轉(zhuǎn)換層能夠使高層建筑在轉(zhuǎn)換層上下的墻、柱軸線擺脫了構(gòu)造上的限制，同時改善整體結(jié)構(gòu)的受力情況，使整體布局更為合理，因而適用于結(jié)構(gòu)復雜的高層建筑。實際工程中轉(zhuǎn)換層的幾何形狀和受力情況是很復雜的，因此，結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題就顯得十分重要，作為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，要根據(jù)工程的實際情況，進行嚴格的設(shè)計，保證工程的質(zhì)量與安全。
參考文獻
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關(guān)鍵詞: 轉(zhuǎn)換層高層建筑, 類型, 應力
Abstract: With the rapid economic development of society, the people to the requirements of the quality of the life more and more is also high, high building now has become an important for the development of modern city development strategy, because of its inherent business stay in amphibian's characteristic, the stress in the respect has special requirements, so need to convert layer to join, this paper brought conversion layers of the high-rise building structural design puts forward personal opinions and the solving methods.
Keywords: conversion layers high building, type, stress
中圖分類號：TU97文獻標識碼： A 文章編號：
一、帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求
1.減少轉(zhuǎn)換
高層建筑的一個主要特點就是高,所以其自身的重量比較大,導致高層建筑的下部的框架受力集中,容易引起應力變形。
因此,在布置轉(zhuǎn)換層的上、下主體的豎向結(jié)構(gòu)的時候,要注意盡可能多的使上部的豎向結(jié)構(gòu)能夠向下落地連續(xù)貫通,尤其是框架的核心筒結(jié)構(gòu)中的核心筒應該上下貫通,這樣可以減輕框架的受力。
2.傳力直接
在布置轉(zhuǎn)換層的上下主體的豎向結(jié)構(gòu)的時候,要盡量使水平的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)直接傳力,避免多級復雜的轉(zhuǎn)換,慎重使用傳力比較復雜、對抗震不利的平厚板的轉(zhuǎn)換形式,如果上、下柱網(wǎng)實在沒有辦法對齊的話,可以采用箱形的轉(zhuǎn)換形式。
3.弱化上部、強化下部
針對帶轉(zhuǎn)換層的剪力墻結(jié)構(gòu)或者筒體結(jié)構(gòu),可以采取下面措施來強化下部結(jié)構(gòu):加大筒體以及落地墻的厚度、提高混凝土的強度等級、必要的時候可以在房屋的周邊增加設(shè)計部分的剪力墻、壁式框架或者樓梯間的筒體、提高抗震的能力。還可以采取在不落地的剪力墻上開洞、開口或者減小墻體厚度等措施來弱化上部。
4.優(yōu)化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)
在進行抗震設(shè)計的時候,由于建筑功能的要求,如果不得不進行高位轉(zhuǎn)換的時候,應該優(yōu)先選擇不易引起地震作用的下框支柱柱頂彎矩比較大、柱剪力比較大的結(jié)構(gòu)形式。例如:斜腹桿桁架、空腹桁架以及扁梁等,同時還要注意滿足在重力荷載作用下的強度以及剛度的要求。
二、轉(zhuǎn)換層的作用
1.轉(zhuǎn)換上、下層的結(jié)構(gòu)類型
在高層建筑中,因為其特殊的功能要求,所以上面部分是剪力墻結(jié)構(gòu),而下面部分則是框架結(jié)構(gòu),所以轉(zhuǎn)換層的一個主要的作用就是對這兩種結(jié)構(gòu)進行轉(zhuǎn)換,這樣才可以使下部獲得比較大的自由使用空間。
2.改變上、下層結(jié)構(gòu)的軸線和柱網(wǎng)
現(xiàn)代的高層建筑通常是商住兩用的模式,所以三層以下作為商用部分,需要空間大,墻體少,還需要有比較大的出入口,那么在轉(zhuǎn)換層上、下的結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有改變的情況下,就需要通過轉(zhuǎn)換層來使建筑的下面部分結(jié)構(gòu)的柱距變大,形成比較大的柱網(wǎng),這樣才可以形成比較大的出入口,以滿足商業(yè)需要。
3.轉(zhuǎn)換上、下層的結(jié)構(gòu)類型和柱網(wǎng)
高層建筑的上部的剪力墻結(jié)構(gòu)可以通過轉(zhuǎn)換層來改變成框支剪力墻的結(jié)構(gòu),同時,下部的柱網(wǎng)和上部的剪力墻的軸線相互錯開,可以形成上、下柱網(wǎng)不對齊的布置形式。
三、高層建筑轉(zhuǎn)換層的類型和結(jié)構(gòu)設(shè)計
1．梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計
(1)結(jié)構(gòu)特點
梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計的傳力途徑是采用墻(柱)轉(zhuǎn)換梁柱(墻)的形式,所以其特點是:傳力明確、直接、便于工程的計算、分析和設(shè)計,而且造價比較節(jié)省。所以,這種結(jié)構(gòu)形式是目前在高層建筑中使用最廣泛的一種。
(2)設(shè)計方法
第一,托柱形式轉(zhuǎn)換的梁截面設(shè)計
當轉(zhuǎn)換梁承托上部的普通框架的時候,在轉(zhuǎn)換梁常用的截面尺寸的范圍內(nèi),轉(zhuǎn)換梁在受力上基本和普通梁一樣,可以按照普通梁的截面設(shè)計方法進行計算;如果轉(zhuǎn)換梁承托的上部是斜桿框架,轉(zhuǎn)換梁就會承受軸向的拉力,這時候應該按照偏心受拉構(gòu)件來進行截面設(shè)計。
第二,托墻形式的轉(zhuǎn)換梁的截面設(shè)計
如果轉(zhuǎn)換梁承托的上部墻體滿跨而且不開洞的話,轉(zhuǎn)換梁和上部墻體就會共同工作,它的受力特征和破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁,這時轉(zhuǎn)換梁的截面設(shè)計方法最好采用深梁的截面設(shè)計方法或者應力截面的設(shè)計方法,而且計算出的縱向鋼筋應該沿著全梁高來適當?shù)姆植寂渲谩?/p>
2.桁架式轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)設(shè)計
(1)結(jié)構(gòu)特點
桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式是根據(jù)梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層演變而來的,其結(jié)構(gòu)特點是:整個轉(zhuǎn)換層的承重結(jié)構(gòu)是由多榀鋼筋混凝土桁架組成,而桁架的上、下弦桿分別設(shè)置在轉(zhuǎn)換層的上、下樓面的結(jié)構(gòu)層內(nèi)部,樓層之間設(shè)有腹桿。因為桁架高度比較高,所以其下弦桿的截面尺寸比較小。
(2)設(shè)計方法
桁架式的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在進行整體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析上可以采用ANSYS和TAT,除了應該滿足結(jié)構(gòu)整體的位移、抗傾覆、變形、周期等要求之外,還應該滿足(JGJ3—2002)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的附錄E中的關(guān)于轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比的要求。
和其他結(jié)構(gòu)形式相比較,桁架轉(zhuǎn)換層在受力上更合理,在轉(zhuǎn)換層的位置受到的彎矩和剪力都比較小,這對構(gòu)件截面尺寸的控制非常有利,不會造成比較大的剛度集中。在地震的作用下,也不會造成應力的集中,抗震效果比較好。
3.厚板厚梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計
(1)結(jié)構(gòu)特點
當建筑結(jié)構(gòu)的上、下柱網(wǎng)的軸線錯開的比較多,很難用梁直接承托的時候,則需要做成厚板,形成一個比較厚的承臺來進行轉(zhuǎn)換。板式轉(zhuǎn)換層的特點是下柱網(wǎng)的布置靈活、不需要和下層結(jié)構(gòu)對齊。其主要缺點是:自重比較大,材料耗用比較多。
厚板厚梁式的轉(zhuǎn)換層的剛度特別大,一方面給建筑上部的結(jié)構(gòu)布置帶來方便,另一方面也使板的傳力不明確,所以受力也比較模糊,結(jié)構(gòu)在計算方面相對比較困難,采用有限元計算的時候計算結(jié)果非常繁雜,這給配筋的設(shè)計帶來很多不便。此外,從受力的角度來看,經(jīng)常需要在柱和柱、柱和墻之間加強配筋。從造價角度來看,很不經(jīng)濟。
(2)設(shè)計方法
帶有厚板轉(zhuǎn)換層的高層建筑可以采用三維空間的分析程序,例如TBSA,SATWE,TAT等,來進行整體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析。
四、案例分析:運用全生命期工程計價方法評價建筑節(jié)能的合理性
現(xiàn)針對鄭州市某外墻外保溫體系,以傳熱學理論和工程經(jīng)濟學理論為基礎(chǔ),緊密結(jié)合工程實際,對聚苯板外墻外保溫體系進行實際測算和理論分析。
1.案例概況
某置業(yè)有限公司開發(fā)的住宅項目小區(qū),已建工程,工程總投資1.2億元,建筑面積100000m2,其中多層住宅樓總造價4500萬元,外墻外保溫總造價25萬元,外墻面積31137m2,外墻外保溫做法采用聚苯板外墻外保溫體系。
2.運用工程經(jīng)濟學理論進行實際測算
(1)該案例中外墻采用240厚磚混結(jié)構(gòu),造價為57.6元/m2,外墻外保溫體系造價為87元/m2。
3.理論分析
通過對外墻外保溫體系壽命期內(nèi)節(jié)能效益的實際測算,得出ΔLCC=165.4元/ ㎡> 0壽命期內(nèi)節(jié)約的能源成本遠大于追加的保溫層初始成本87元/㎡,證明外墻外保溫體系節(jié)能技術(shù)是切實可行的。
通過這一工程實例,可以看出,在全生命期內(nèi),節(jié)能建筑的工程造價不僅沒有增加,反而節(jié)約了一大筆運行成本,有力地說明了節(jié)能建筑的合理性。
五、結(jié)束語
隨著科技的不斷發(fā)展和實踐經(jīng)驗的積累,相信會有更多先進、成熟的節(jié)能技術(shù)應用于節(jié)能建筑,合理進行工程項目全生命期造價成本分析,將有效促進建筑節(jié)能新技術(shù)的推廣,加速轉(zhuǎn)化理論研究成果,進一步加快我國現(xiàn)代化建設(shè)的步伐。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；抗震設(shè)計；安裝
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應符合抗震概念設(shè)計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的設(shè)計方案。合理的建筑布置在抗震設(shè)計中是頭等重要的，提倡平、立面簡單對稱。 “建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性”包含了對建筑的平立面外形尺寸，抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布，承載力分布等諸多因素的綜合要求?！耙?guī)則建筑”體現(xiàn)在體形簡單;抗側(cè)力體系的剛度承載力上下變化連續(xù)、均勻;平面布置基本對稱
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念及內(nèi)容：
結(jié)構(gòu)設(shè)計簡而言之就是用結(jié)構(gòu)語言來表達建筑師及其它專業(yè)工程師所要表達的東西。結(jié)構(gòu)語言就是結(jié)構(gòu)師從建筑及其它專業(yè)圖紙中所提煉簡化出來的結(jié)構(gòu)元素。包括基礎(chǔ)，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細部等等。然后用這些結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)成建筑物或構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產(chǎn)生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎(chǔ)。
1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的階段：
結(jié)構(gòu)設(shè)計的階段大體可以分為三個階段，結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)計算階段和施工圖設(shè)計階段。方案階段的內(nèi)容為：根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設(shè)防烈度，工程地質(zhì)勘查報告，建筑場地的類別及建筑的高度和層數(shù)來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點和要求來布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。
結(jié)構(gòu)計算階段的內(nèi)容為：
1.2.1 荷載的計算。荷載包括外部荷載和內(nèi)部荷載，上述荷載的計算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準永久值系數(shù)等來進行不同工況下的組合計算。
1.2.2 構(gòu)件的試算。根據(jù)計算出的荷載值，構(gòu)造措施要求，使用要求及各種計算手冊上推薦的試算方法來初步確定構(gòu)件的截面。
1.2.3 內(nèi)力的計算，根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來進行內(nèi)力的計算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力、拉力等等。四：構(gòu)件的校核。根據(jù)計算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范對構(gòu)件的要求和限制來復核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求
2.1 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性
2.1.1 不應采用嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。建筑設(shè)計應符合抗震概念設(shè)計的要求，應采用規(guī)則的設(shè)計方案，應符合下列要求：
（1）具有必要的承載能力、剛度和變形能力；
（2）避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導致整個結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風荷載和抗地震作用的能力；
（3）對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取多重措施予以加固。
2.1.2 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系宜符合下列要求：
（1）結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應而形成薄弱部位；
（2）應具備多道抗震防線。
2.2 規(guī)則結(jié)構(gòu)的主要特征
高層建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置應該規(guī)則、對稱，并應具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。
2.3 規(guī)則平面布置需滿足的要求
結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力要明確，傳力要直接，均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。在地震作用下，建筑平面要力求簡單規(guī)則，風力作用下則可適當放寬?？拐鹪O(shè)防的建筑，平面形狀宜簡單、對稱、規(guī)則，以減少震害。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計
3.1 高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則
3.1.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能
（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件應遵守強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件、強底層柱的原則；
（2）對可能造成結(jié)構(gòu)的相對薄弱部位，應采取措施提高抗震能力
（3）承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。
3.1.2 盡可能設(shè)置多道抗震防線
（1）一個抗震結(jié)構(gòu)體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。
（2）強烈地震之后往往伴隨多次余震，抗震結(jié)構(gòu)體系應有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構(gòu)件應有較高的延性和適當剛度，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時倒塌。
（3）適當處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強弱關(guān)系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構(gòu)件屈服后，其他抗側(cè)力構(gòu)件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力；
（4）在抗震設(shè)計中某一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計超強，可能造成結(jié)構(gòu)的其他部位相對薄弱，因此在設(shè)計中不合理的加強以及在施工中以大帶小，改變抗側(cè)力構(gòu)件配筋的做法，都需要慎重考慮。
3.1.3 對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力
（1）構(gòu)件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構(gòu)件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎(chǔ)；
（2）要使樓層的實際承載能力和設(shè)計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層的比值有突變時，會由于塑性內(nèi)力重分布導致塑性變形的集中。
（3）要防止在局部上加強而忽視了整個結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)；
（4）在抗震設(shè)計中有意識、有目的地控制薄弱層，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。
3.2 提高短柱抗震性能的應對措施
3.2.1 提高短柱的受壓承載力
提高短柱的受壓承載力可減小柱截面、提高剪跨比，從而改善整個結(jié)構(gòu)的抗震性能。減小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的強度等級，即采用高強混凝土來增加柱子的受壓承載力，降低其軸壓比；但由于高強混凝土材料本身的延性較差，采用時須慎重或與其他措施配合使用。此外，可以采用鋼骨和鋼管混凝土柱以提高短柱的受壓承載力。
3.2.2 采用鋼管混凝土柱
鋼管混凝土是套箍混凝土的一種特殊形式，由混凝土填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料。由于鋼管內(nèi)的混凝土受到鋼管的側(cè)向約束，使得混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使混凝土的抗壓強度和極限壓應變得到很大的提高，混凝土特別是高強混凝土的延性得到顯著改善。同時，鋼管既是縱筋，又是橫向箍筋。當選用了高強混凝土和合適的套箍指標后，柱子的承載力可大幅度提高，通常柱截面可比普通鋼筋混凝土柱減小一半以上，消除了短柱，并具有良好的抗震性能。
3.2.3 采用分體柱
由于短柱的抗彎承載力比抗剪承載力要大得多，在地震作用下往往是因剪壞而失效，其抗彎強度不能完全發(fā)揮。因此，可人為地削弱短柱的抗彎強度，使抗彎強度相應于或略低于抗剪強度，這樣，在地震作用下，柱子將首先達到抗彎強度，從而呈現(xiàn)出延性的破壞狀態(tài)。人為削弱抗彎強度的方法，可以在柱中沿豎向設(shè)縫將短柱分為2或4個柱肢組成的分體柱，分體柱的各柱肢分開配筋。在組成分體柱的柱腳之間可以設(shè)置一些連接鍵，以增強它的初期剛度和后期耗能能力。
現(xiàn)階段，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論的研究與發(fā)展使建筑抗震分析在概念上進一步走向完善，如果可以在結(jié)構(gòu)材料特性，動力響應，計算理論，穩(wěn)定標準諸方面得到符合實際的發(fā)展，自然會在建筑結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域內(nèi)起到重要的作用。
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關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)；荷載；抗震設(shè)計
1 前言
隨著我國城市化建設(shè)進程的加快，城市人口的高度集中，用地緊張以及商業(yè)競爭的激烈化，促進了高層建筑的出現(xiàn)和不斷發(fā)展。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計給工程設(shè)計人員提出了更高的要求，下面就結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題進行一些探討。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)體系的特點
我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，10層或10層以上或者房屋高度超過28m的建筑為高層建筑物。隨著層數(shù)和高度的增加，水平作用對高層建筑結(jié)構(gòu)安全的控制作用更加顯著，包括地震作用和風荷載。高層建筑的承載能力、抗側(cè)剛度、抗震性能、材料用量和造價高低，與其所采用的結(jié)構(gòu)體系密切相關(guān)。不同的結(jié)構(gòu)體系，適用于不同的層數(shù)、高度和功能。
2.1 框架結(jié)構(gòu)體系
框架結(jié)構(gòu)體系一般用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由梁和柱通過節(jié)點構(gòu)成承載結(jié)構(gòu)，框架形成可靈活布置的建筑空間，具有較大的室內(nèi)空間，使用較方便。由于框架梁柱截面較小，抗震性能較差，剛度較低，建筑高度受到限制；剪切型變形，即層間側(cè)移隨著層數(shù)的增加而減?。豢蚣芙Y(jié)構(gòu)主要用于不考慮抗震設(shè)防、層數(shù)較少的高層建筑中。在考慮抗震設(shè)防要求的建筑中，應用不多；高度一般控制在70m以下。
2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系
利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)，稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。剪力墻結(jié)構(gòu)體系于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由墻體承受全部水平作用和豎向荷載?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度大，在水平荷載作用下側(cè)向變形小，承載力要求也容易滿足；剪力墻結(jié)構(gòu)體系主要缺點：主要是剪力墻間距不能太大，平面布置不靈活，不能滿足公共建筑的大空間使用要求。此外，結(jié)構(gòu)自重往往也較大。當剪力墻的高寬比較大時，是一個受彎為主的懸臂墻，側(cè)向變形是彎曲型，即層間側(cè)移隨著層數(shù)的增加而增大。剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅及旅館建筑中得到廣泛應用。因此這種剪力墻結(jié)構(gòu)適合于建造較高的高層建筑。根據(jù)施工方法的不同，可以分為：全部現(xiàn)澆的剪力墻；全部用預制墻板裝配而成的剪力墻；內(nèi)墻現(xiàn)澆、外墻為預制裝配的剪力墻。在承受水平力作用時，剪力墻相當于一根下部嵌固的懸臂深梁。剪力墻的水平位移由彎曲變形和剪切變形兩部分組成。高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)，以彎曲變形為主，其位移曲線呈彎曲形，特點是結(jié)構(gòu)層間位移隨樓層增高而增加。
2.3 框架―剪力墻結(jié)構(gòu)（框架―筒體結(jié)構(gòu)）體系
在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置部分剪力墻，使框架和剪力墻兩者結(jié)合起來；取長補短；共同抵抗水平荷載，就組成了框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系。如果把剪力墻布置成筒體，又可稱為框架―筒體結(jié)構(gòu)體系?？蚣塄D剪力墻（筒體）結(jié)構(gòu)比框架結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力都大大提高了，在地震作用下層間變形減小，因而也就減小了非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（隔墻及外墻）的損壞，這樣無論在非地震區(qū)還是地震區(qū)，這種結(jié)構(gòu)型式都可用來建造較高的高層建筑，目前在我國得到廣泛的應用。
2.4 筒體結(jié)構(gòu)
單個筒體可分為實腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墻組成空間薄壁筒體，即為實腹筒；框架通過減小肢距，形成空間密柱框筒，即框筒；筒壁若用空間桁架組成，則形成桁筒。實際結(jié)構(gòu)中除煙囪等構(gòu)筑物外不可能存在單筒結(jié)構(gòu)，而常常以框架―筒體結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、多筒體結(jié)構(gòu)和成束筒結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)。
2.5 巨型結(jié)構(gòu)
巨型結(jié)構(gòu)一般由兩級結(jié)構(gòu)組成。第一級結(jié)構(gòu)超越樓層劃分，形成跨若干樓層的巨梁、巨柱（超級框架）或巨型桁架桿件（超級桁架），以這巨型結(jié)構(gòu)來承受水平力和豎向荷載，樓面作為第二級結(jié)構(gòu)，只承受豎向荷載并將荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力傳遞到第一級結(jié)構(gòu)上。常見的巨型結(jié)構(gòu)有巨型框架結(jié)構(gòu)和巨型桁架結(jié)構(gòu)。
不同的結(jié)構(gòu)體系所具有的強度和剛度是不一樣的，因而它們適合應用的高度也不同。一般說來，框架結(jié)構(gòu)適用于高度低，層數(shù)少，設(shè)防烈度低的情況；框架―剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)可以滿足大多數(shù)建筑物的高度要求；在層數(shù)很多或設(shè)防烈度要求很高時，可用筒體結(jié)構(gòu)。
3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求
3.1 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性
3.1.1 不應采用嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系
建筑設(shè)計應符合抗震概念設(shè)計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的設(shè)計方案。高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系，應符合下列要求：
1）應具有必要的承載能力、剛度和變形能力；
2）應避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導致整個結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風荷載和地震作用的能力；
3）對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取有效措施予以加強。
3.1.2 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系尚宜符合下列要求：
1）結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應而形成薄弱部位；
2）宜具有多道抗震防線。
3.2 規(guī)則結(jié)構(gòu)的主要特征
建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱，并應具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。規(guī)則結(jié)構(gòu)一般指：體型（平面和立面）規(guī)則，結(jié)構(gòu)平面布置均勻、對稱并具有較好的抗扭剛度；結(jié)構(gòu)豎向布置均勻，結(jié)構(gòu)的剛度、承載力和質(zhì)量分布均勻，無突變。
3.3 規(guī)則平面布置需滿足的要求
結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力爭均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。在地震作用下，建筑平面要力求簡單規(guī)則，風力作用下則可適當放寬?？拐鹪O(shè)防的高層建筑，平面形狀宜簡單、對稱、規(guī)則，以減少震害。在高層建筑的一個獨立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻。不應采用嚴重不規(guī)則的平面布置?？拐鹪O(shè)計的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑，其平面布置應簡單、規(guī)則，減少偏心。
4高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1 豎向荷載設(shè)計應減輕自重
高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意味著不增加基礎(chǔ)造價和處理措施，可以多建層數(shù)，這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟效益。地震效應與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。
4.2 風荷載計算
在已有研究的基礎(chǔ)上，《荷載規(guī)范》指出，垂直于建筑物表面上的風荷載應按下式計算：
（1）
式中：:風荷載標準值（kN/m2）；ω0:基本風壓（kN/ m2）；μs：風荷載體型系數(shù)；μz :風壓高度系數(shù)；βz:z高度處的風振系數(shù)。
（1）基本風壓值ω0?；撅L壓值系以當?shù)乇容^空曠平坦地面上離地10m高統(tǒng)計所得的50年一遇10min平均最大風速v0為標準，按ω0=1/2ρv2確定的風壓值。它應根據(jù)《荷載規(guī)范》中附表D.4采用，但不得小于0.3kN/m2。對一般的高層建筑，用《荷載規(guī)范》中所給的ω0乘以1.1后采用；對于特別重要或?qū)︼L荷載比較敏感的高層建筑，其基本風壓值應按100年重現(xiàn)期的風壓值采用。
（2）風荷載體型系數(shù)μs。確定風荷載體型系數(shù)μs是一個比較復雜的問題，它不但與建筑的平面外形、高寬比、風向與受風墻面所成的角度有關(guān)，而且還與建筑物的立面處理、周圍建筑物密集程度及其高低等有關(guān)。當風流經(jīng)建筑物時，對建筑物不同部位會產(chǎn)生不同的效果，即產(chǎn)生壓力和吸力?？諝饬鲃赢a(chǎn)生的渦流，對建筑物局部則會產(chǎn)生較大的壓力或吸力。1）整個迎風面上均受壓力，其值中部最大，向兩側(cè)逐漸減小。沿高度方向風壓的變化很小，風壓分布近似于矩形；2）整個背風面上還受吸力，兩側(cè)大、中部略小，其平均值約為迎風面風壓平均值的75%左右。沿高度方向，風壓的變化也很小，更近似于矩形分布；3）整個側(cè)面，在正面風力作用下，全部受吸力，約為迎風面風壓的80%左右。風荷載體型系數(shù)表中的正號表示作用在該建筑表面上的風荷載為壓力，即力的作用方向指向作用表面，負號表示作用在該建筑表面上的風荷載為吸力，即力的作用方向遠離作用表面。
（3）風壓高度系數(shù)μz。風壓高度系數(shù)μz主要反映風速隨高度變化的特點。
（4）風振系數(shù)βz。風振系數(shù)βz主要反映風作用在結(jié)構(gòu)上時對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了動力效應，但在一般情況中，為簡化計算，將其等效為靜力作用，但考慮動力影響，在風荷載計算時引入風振系數(shù)。
4.3 抗震設(shè)計基本要求
有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。選擇有利的場地，避開不利場地，采取措施保證地基的穩(wěn)定性；選擇合理的結(jié)構(gòu)體系。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一般框架抗震能力較差，框架―剪力墻結(jié)構(gòu)較好，剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)抗震能力高；平面布置力求簡單、規(guī)則、對稱，避免應力集中的凹角和收進；避免樓、電梯間偏置，盡量減少扭轉(zhuǎn)的影響；盡量避免建筑物豎向體型復雜、外挑內(nèi)收變化過多，力求剛度均勻，不要剛度突變，避免產(chǎn)生變形集中。當頂層設(shè)置大房間、底層部分剪力墻變?yōu)榭蚣軙r，應按專門規(guī)定進行設(shè)計；結(jié)構(gòu)布置要受力明確，傳力途徑直接簡單；加強結(jié)構(gòu)空間整體性，增加超靜定次數(shù)，組織多道設(shè)防；保證構(gòu)件的延性，避免脆性破壞（如錨固破壞、剪切破壞等），也要采取措施防止結(jié)構(gòu)在地震中失穩(wěn)和傾覆；盡量減輕結(jié)構(gòu)自重，減少地基土壓力，降低地震作用；保證足夠的剛度，滿足高層建筑結(jié)構(gòu)允許位移值的要求；調(diào)整平面形狀與尺寸，采取構(gòu)造措施和留臨時性施工縫（后澆帶）的方法，盡量不設(shè)防震縫，少設(shè)防震縫。
【關(guān)鍵詞】梁式轉(zhuǎn)換；復雜高層建筑；基本原則；結(jié)構(gòu)設(shè)計
1 前言
帶有轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)是一種非常規(guī)的的結(jié)構(gòu)形式，由于豎向傳力構(gòu)件不連續(xù)，因此要通過轉(zhuǎn)換層將不落地構(gòu)件傳來的荷載可靠地傳遞給周圍的落地構(gòu)件，在強烈的地震作用下，轉(zhuǎn)換層傳遞很大的水平剪力，轉(zhuǎn)換構(gòu)件受力復雜，如果設(shè)計不當，將會危及結(jié)構(gòu)的安全。設(shè)計時要慎重對待，采取合理的措施保證結(jié)構(gòu)的可靠性。
2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則
結(jié)構(gòu)設(shè)計首先應該考慮選擇合適的建筑形體，建筑平面和立面應滿足規(guī)則、連續(xù)與漸變的要求；其次結(jié)構(gòu)布置時考慮傳力途徑明確、簡潔，盡可能地避免復雜結(jié)構(gòu)形式和形體。
具有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式是一種受力復雜、主要抗側(cè)力構(gòu)件沿結(jié)構(gòu)豎向布置不連續(xù)、非常不利于工程抗震的一種結(jié)構(gòu)形式?！陡咭?guī)》第10.1.2、第10.1.4 條明確規(guī)定：“9 度抗震設(shè)計時不應采用帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)、帶加強層的結(jié)構(gòu)、錯層結(jié)構(gòu)和連體結(jié)構(gòu)”；對此類結(jié)構(gòu)的平面布局也提出了宜規(guī)則的要求：“7 度和 8 度抗震設(shè)計的高層建筑不宜同時采用超過兩種復雜結(jié)構(gòu)”。本文建議遵循以下設(shè)計原則：
①減少轉(zhuǎn)換：布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時，要注意盡可能多的布置成上下主體豎向結(jié)構(gòu)連續(xù)貫通，尤其是在核心筒框架結(jié)構(gòu)中，核心筒宜盡量予以上下貫通。
②傳力直接、受力明確：布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時，要注意盡可能使水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)傳力直接，盡量避免多級復雜轉(zhuǎn)換，更應盡量避免傳力復雜、抗震不利、結(jié)構(gòu)質(zhì)量大的厚板轉(zhuǎn)換，避免高位轉(zhuǎn)換。
③有可靠的承載力：轉(zhuǎn)換層承受的力，尤其是豎向集中力非常大，這就要求轉(zhuǎn)換層有較高的承載能力。所以，一般的轉(zhuǎn)換大梁截面高度大，有時可達 1～2 個樓層高，另外，《高規(guī)》第 10.1.6 條規(guī)定：“結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層混凝土強度等級不應低于C30”。
④有足夠的豎向剛度和水平剛度；轉(zhuǎn)換層中梁的跨度大，有時是上部梁跨度的好幾倍，故而，轉(zhuǎn)換層必須具備足夠的豎向剛度，同時也要有足夠的水平剛度，以保證實現(xiàn)樓蓋在水平面內(nèi)不變形的假定。
⑤強化下部、弱化上部為保證下部大空間整體結(jié)構(gòu)有適宜的剛度、強度、延性和抗震能力，應盡量強化轉(zhuǎn)換層下部主體結(jié)構(gòu)剛度，弱化轉(zhuǎn)換層上部主體結(jié)構(gòu)剛度，使轉(zhuǎn)換層上下部主體結(jié)構(gòu)的剛度及變形特征盡量接近。
⑥優(yōu)化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，由于建筑功能的需要而不得已采用高位轉(zhuǎn)換時，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)還宜優(yōu)先選擇不致引起框支柱(邊柱)柱頂彎矩過大、柱剪力過大的結(jié)構(gòu)形式，如斜腹桿桁架(包括支撐)、空腹桁架和寬扁梁等，同時要滿足強度、剛度要求，避免脆性破壞。
⑦計算全面準確：將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)中一個組成部分，采用符合實際受力變形狀態(tài)的正確計算模型進行三維空間整體結(jié)構(gòu)計算分析。采用有限元方法對轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進行局部補充計算時，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)以上至少取 2 層結(jié)構(gòu)進入局部計算模型，同時應計入轉(zhuǎn)換層樓蓋平面內(nèi)剛度，采用比較符合實際邊界條件的正確計算模型。
⑧整體結(jié)構(gòu)宜進行彈性時程分析補充計算和彈塑性時程分析校核，應注意對整體結(jié)構(gòu)進行重力荷載下的施工模擬計算。
⑨ 跨度大于8m 的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，8度抗震設(shè)計時，應考慮豎向地震作用。
3 轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 轉(zhuǎn)換梁的截面設(shè)計方法
目前國內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作普遍采用的轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法主要有:
①普通梁截面設(shè)計方法
直接取用高層建筑結(jié)構(gòu)計算分析程序(如 TBSA、PKPM 系列、TAT 等)計算出的轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力結(jié)果，按普通梁進行受力構(gòu)件承載力計算。
②偏心受拉構(gòu)件截面設(shè)計方法
在《高層建筑混凝上結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002)中，規(guī)定“框支梁為偏心受拉構(gòu)件，按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2002)第 7.4.2 條的規(guī)定設(shè)計”，即偏心受拉構(gòu)件進行截面設(shè)計。
按偏心受拉構(gòu)件進行截面設(shè)計的關(guān)鍵是如何將有限元分析得到的轉(zhuǎn)換梁截面上的應力換算成截面內(nèi)力，但這是一種比較麻煩的事情。分析表明，根據(jù)轉(zhuǎn)換梁的截面內(nèi)力(M、N)按偏心拉構(gòu)件進行正截面承載力計算，根據(jù)(V)進行斜截面受剪承載力計算。在沒有條件對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進行有限元分析時，可采用有關(guān)表格計算轉(zhuǎn)換梁的截面內(nèi)力。
③深梁截面設(shè)計方法
實際工程中轉(zhuǎn)換梁的高跨 h/l=1/8～1/6，因此轉(zhuǎn)換梁是一種介于普通梁和深梁之間的梁，尤其是框支轉(zhuǎn)換梁，其受力和破壞特征類似于深梁。
當轉(zhuǎn)換梁承托的上部墻體滿跨或基本滿跨時，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體之間共同工作的能力較強，此時上部墻體和轉(zhuǎn)換梁的受力如同一倒 T 形深梁，轉(zhuǎn)換梁為該組合深梁的受拉翼緣，跨中區(qū)存在很大的軸向拉力，此時轉(zhuǎn)換梁就不能按普通梁進行截面設(shè)計，但如果將倒 T 形深梁的受拉區(qū)部分劃出來按偏心受拉構(gòu)件進行截面設(shè)計，計算出的縱向受力鋼筋的配筋量偏少，不滿足承載力的要求。
根據(jù)圣維南原理，影響轉(zhuǎn)換梁受力特征的墻體高度應和轉(zhuǎn)換梁的跨度有關(guān)，轉(zhuǎn)換梁跨度越大，上部墻體的高度就應取得越高。分析表明：當轉(zhuǎn)換梁承托的上部墻體滿跨或基本滿跨時，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體之間共同工作的能力較強，此時上部墻體和轉(zhuǎn)換梁的受力特征如同一倒 T 形深梁，轉(zhuǎn)換梁為該組合深梁的受拉翼緣，跨中存在很大的軸向拉力，此時轉(zhuǎn)換梁宜按倒 T 形深梁進行截面設(shè)計。
④應力截面設(shè)計方法
對轉(zhuǎn)換梁進行有限元分析得到的結(jié)果是應力及其分布規(guī)律，為能直接應用轉(zhuǎn)換梁有限元法分析后的應力大小及其分布規(guī)律進行截面的配筋計算，假定：
1)不考慮混凝土的抗拉作用，所有拉力由鋼筋承擔；
2)鋼筋達到其屈服強度設(shè)計值；
3)受壓區(qū)混凝土的強度達到軸心抗壓強度設(shè)計值。
