【摘要】轉(zhuǎn)換層是建筑物內(nèi)部不可或缺的重要結(jié)構(gòu)之一,轉(zhuǎn)換層一般指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)類型,并通過(guò)該樓層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換?,F(xiàn)代高層建筑向多功能和綜合用途發(fā)展,在同一豎直線上,頂部樓層布置住宅、旅館,中部樓層作辦公用房,下部樓層作商店、餐館和文化娛樂(lè)設(shè)施。不同用途的樓層,需要大小不同的開(kāi)間,采用不同的結(jié)構(gòu)形式。為了滿足建筑功能的要求,結(jié)構(gòu)必須以與常規(guī)方式相反進(jìn)行布置,上部小空間,布置剛度大的剪力墻,下部大空間,布置剛度小的框架柱。為此,必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層,稱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。
【關(guān)鍵詞】建筑轉(zhuǎn)換層;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);地震作用
1、轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置
底部帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層上部的部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地,因此,必須設(shè)置安全可靠的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。按現(xiàn)有的工程經(jīng)驗(yàn)和研究結(jié)果,轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用轉(zhuǎn)換大梁,絎架,空腹絎架,斜撐,箱型結(jié)構(gòu)以及厚板等形式,形成諸如梁托柱,梁托墻等結(jié)構(gòu)形式。
帶轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒應(yīng)全部上,下貫通落地并按剛度要求增加墻厚,框支剪力墻結(jié)構(gòu)要有足夠的剪力墻上,下貫通落地并按剛度比要求增加墻厚,長(zhǎng)矩形平面的框支剪力墻結(jié)構(gòu),抗震設(shè)計(jì)時(shí),其落地剪力墻的間距按相關(guān)規(guī)程適當(dāng)加嚴(yán),比原規(guī)程增加了限制落地柱周?chē)臉前宀粦?yīng)錯(cuò)層的規(guī)定。規(guī)范給出了部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的框支層樓板剪力設(shè)計(jì)值:Vf≤(0.1fc*bf*tf)/γRE
及框支層樓板與落地剪力墻交接截面的受剪承載力,參考如下:Vf≤(fy*As)/γRE
通過(guò)加大轉(zhuǎn)換層以上剪力墻連梁尺寸,增大連梁剛度,使結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移減小,實(shí)際工程中,還應(yīng)重視概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施的保證,另外還應(yīng)重視延性設(shè)計(jì)。
2、轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)
帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)中,由于設(shè)置了轉(zhuǎn)換層,沿建筑物高度方向剛度的均勻性受到很大破環(huán),轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)豎向承載力構(gòu)件不連續(xù)和墻、柱截面的突變,導(dǎo)致傳力路線曲折、變形集中和應(yīng)力集中,因此轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震性能較差。
現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定,9度設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)采用帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)??拐鹪O(shè)計(jì)時(shí),高位轉(zhuǎn)換對(duì)結(jié)構(gòu)受力十分不利。計(jì)算分析說(shuō)明,在水平地震作用下,傾覆力矩分布曲線在轉(zhuǎn)換層處呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折,轉(zhuǎn)換層下部是以剪力墻為主的框架-剪力墻結(jié)構(gòu),落地剪力墻所分配的傾覆力矩由轉(zhuǎn)換層往下遞增較快,而支撐框架的傾覆力矩遞增很少。要正確判定轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí),尤其確定薄弱層地震剪力時(shí),乘以適當(dāng)?shù)脑龃笙禂?shù),地震剪力調(diào)整等。
此外,轉(zhuǎn)換層處,框支剪力墻的大量剪力通過(guò)樓板傳遞給落地剪力墻,這也是傾覆力矩曲線呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折的原因。當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較高時(shí),剪力分配和傳力途徑亦發(fā)生急劇的突變,落地剪力墻更容易產(chǎn)生裂縫,框支剪力墻在轉(zhuǎn)換層上部的墻體所受的內(nèi)力很大,易于破環(huán),轉(zhuǎn)換層下部的支撐框架更易于屈服,從而容易形成幾個(gè)薄弱層。
因此,為保證設(shè)計(jì)的安全性,規(guī)定部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)置在3層以上時(shí),其框支柱、剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級(jí)宜按高規(guī)規(guī)定提高一級(jí)采用,已經(jīng)為特一級(jí)時(shí)不再提高,提高其抗震構(gòu)造措施,而對(duì)于底部帶轉(zhuǎn)換層的框架-核心筒結(jié)構(gòu)和外圍為密柱框架的筒中筒結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)不必提高。底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑在我國(guó)已大量建造,但至今未經(jīng)受到大地震的考驗(yàn)。轉(zhuǎn)換層上部樓層的部分豎向構(gòu)件不能連續(xù)貫通至下部樓層,因此,轉(zhuǎn)換層時(shí)薄弱樓層,其地震剪力需乘以1.15的增大系數(shù)。規(guī)范給出了框支梁節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋錨固方式,如圖1:
設(shè)計(jì)中不要誤認(rèn)為只要樓層側(cè)向剛度滿足要求,該樓層就不是薄弱層。對(duì)轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用的計(jì)算內(nèi)力需調(diào)整增大,8度抗震設(shè)計(jì)時(shí),還應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。轉(zhuǎn)換構(gòu)件的豎向地震作用,可采用反應(yīng)譜方法或動(dòng)力時(shí)程分析方法計(jì)算,作為近似考慮,也可將轉(zhuǎn)換構(gòu)件在重力荷載標(biāo)準(zhǔn)作用下的內(nèi)力乘以增大系數(shù)1.1.
規(guī)范給出了部分框支剪力墻高層結(jié)構(gòu)在地面以上的大空間層數(shù),參考下表1:
高規(guī)中對(duì)框支柱的內(nèi)力增大幅度比較高;轉(zhuǎn)換層位置在3層及3層以上的結(jié)構(gòu)對(duì)抗震更為不利,其內(nèi)力增大幅度也適當(dāng)提高。高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是一種受力復(fù)雜的不利抗震的結(jié)構(gòu),規(guī)范規(guī)定,抗震設(shè)防烈度9度(0.4g)時(shí)不應(yīng)采用。帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)可根據(jù)設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)件種類和房屋高度,采用相應(yīng)抗震等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。
3、正確計(jì)算轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的上下層剛度比
高層建筑結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層的上下樓層的剛度比是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題,考慮不周易造成安全隱患。轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比計(jì)算時(shí)宜綜合考慮各構(gòu)件的剪切、彎曲和軸向變形對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響。當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在3層及3層以上時(shí),其樓層側(cè)向剛度尚不應(yīng)小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的60%。這一規(guī)定是為了防止出現(xiàn)轉(zhuǎn)換層的下部樓層剛度較大,而轉(zhuǎn)換層本層的側(cè)向剛度較小。此時(shí)應(yīng)分別計(jì)算等效側(cè)向剛度比和轉(zhuǎn)換層本層與轉(zhuǎn)換層相鄰上部樓層側(cè)向剛度比,設(shè)計(jì)中應(yīng)同時(shí)滿足上述兩項(xiàng)條件。與此同時(shí),轉(zhuǎn)換層上下層主體結(jié)構(gòu)的剪切剛度比在下列兩種情況下按下述取值:
3.1擴(kuò)大外圍柱距的框筒結(jié)構(gòu)或內(nèi)部抽柱的框架結(jié)構(gòu)
此種情況下剪切剛度比應(yīng)取1,即保證上下層剪切剛度不變。此時(shí)建議轉(zhuǎn)換層以下采用鋼骨混凝土或鋼管混凝土;
3.2底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)
此時(shí)底部剛度顯著減小,控制轉(zhuǎn)換層上下剪切剛度比,當(dāng)?shù)撞繛橐粚訒r(shí),宜接近1,非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于3,抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于20
總結(jié):
轉(zhuǎn)換層是建筑物內(nèi)部不可或缺的重要結(jié)構(gòu)之一,轉(zhuǎn)換層一般指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)類型,并通過(guò)該樓層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。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(jìn)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。另在房屋設(shè)計(jì)中如上下兩層平面功能不同,亦對(duì)樓板墻體等進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng),做轉(zhuǎn)換處理。做好建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)完善建筑物的使用功能,確保建筑物的使用安全有重要意義。
參考文獻(xiàn):
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[3]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010
作者簡(jiǎn)介:
張春艷(1983.03--),性別:女,民族:漢,籍貫:內(nèi)蒙古商都人,學(xué)歷:碩士研究生,現(xiàn)有職稱:中級(jí)工程師,研究方向:結(jié)構(gòu)工程。