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建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)分析論文
1、建筑結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層的介紹
1.1轉(zhuǎn)換層的定義
轉(zhuǎn)換層是高層、超高層施工領(lǐng)域十分常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)，因?yàn)椴煌瑯菍又g的使用功能和結(jié)構(gòu)性能存在著差異，所以需要加設(shè)轉(zhuǎn)換層來(lái)緩和彼此之間的差異，對(duì)樓層的上下部的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球城市化進(jìn)程就要求，在高層超高層建筑中，需要將建筑上部的住宅功能與下部的商業(yè)功能相結(jié)合。因此就需要在高層建筑下部設(shè)計(jì)跨度比較大的商業(yè)娛樂(lè)空間，在上部應(yīng)用密集的設(shè)計(jì)，顯示建筑住宅作用。為了結(jié)合建筑的使用功能和結(jié)構(gòu)性能，就需要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層，用來(lái)調(diào)整上下層結(jié)構(gòu)受力的不同，保證建筑物結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、合理。
1.2轉(zhuǎn)換層的特點(diǎn)
轉(zhuǎn)換層位于高層建筑的中部，主要轉(zhuǎn)換下部框架剪力墻結(jié)構(gòu)和上部的純剪力墻結(jié)構(gòu)，另外還要改變上下受力柱的分布情況和分布的疏密。根據(jù)建筑物自身的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)圖紙的具體要求，適當(dāng)選擇合適的轉(zhuǎn)換層方式，更好的保證高層建筑使用功能和建筑結(jié)構(gòu)性能的統(tǒng)一。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)由于位于整個(gè)高層建筑的中間，因此其承受了兩部分的壓力，既要承受由于垂直荷載的重力，還要承受由于懸掛所導(dǎo)致的重力，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層結(jié)內(nèi)部存在有較大的應(yīng)力。另一方面，轉(zhuǎn)換層在中間的位置，會(huì)影響整個(gè)建筑的安全性能，在一定程度上降低了建筑物的整體性和統(tǒng)一性，基于這個(gè)原因，轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)不能單單考慮自身的承載要求，還要分析整個(gè)建筑物的結(jié)構(gòu)性能，確保整個(gè)建筑的使用安全。
2、建筑結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層的分類
2.1梁式轉(zhuǎn)換層
梁式轉(zhuǎn)換層使用條件主要為底部是大空間的框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系，采用剪力墻、框支梁和框支柱相結(jié)合的結(jié)構(gòu)布置方式，將上部的剪力墻布置在框支梁上，框支梁由下層的框支柱支撐。這樣的受力體系，當(dāng)需要橫縱同時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)，則采用雙向梁布置，來(lái)提高轉(zhuǎn)換層的強(qiáng)度與鋼度。這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可靠、施工難度低、傳力途徑明確直接，優(yōu)點(diǎn)眾多，為目前應(yīng)用最廣泛的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。
2.2板式轉(zhuǎn)換層
當(dāng)上下柱網(wǎng)錯(cuò)位較多，設(shè)計(jì)復(fù)雜并且不能用梁進(jìn)行承托時(shí)，可以采用板式轉(zhuǎn)換層。這種結(jié)構(gòu)最顯著的特點(diǎn)是像木板一樣隨意在樓板上布置軸線和柱網(wǎng)，適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開(kāi)間較多的建筑結(jié)構(gòu)。同時(shí)伴隨著這個(gè)特點(diǎn)的同時(shí)，由于轉(zhuǎn)換層的受力狀態(tài)較為復(fù)雜，傳力途徑不明確，使得建筑物在轉(zhuǎn)換層處出現(xiàn)鋼度的突變，使得轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力較大，不適用于多震地區(qū)。
2.3桁架轉(zhuǎn)換層
桁架式轉(zhuǎn)換層主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)下部為大商場(chǎng)，上部為寫(xiě)字樓或者住宅區(qū)的結(jié)構(gòu)用途，并且需要設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備層。這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)受力途徑最為明確，是用在多震地區(qū)最為合適的結(jié)構(gòu)，唯一不足的是桁架轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)難度較大，對(duì)施工要求比較高，所以在一定程度上限制了這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)向二三線城市的應(yīng)用個(gè)推廣。，此外，桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)適用于高度達(dá)到3m以上的轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)當(dāng)中，另外還可以采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，進(jìn)一步加強(qiáng)穩(wěn)定性和抗震性。
2.4箱式轉(zhuǎn)換層
箱式轉(zhuǎn)換層的適用范圍主要是轉(zhuǎn)換梁的截面過(guò)大，并且一層樓板不能滿足平面內(nèi)樓板剛度的假定值。這種結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換層的支梁上設(shè)置一層扳，形成一個(gè)箱形梁，箱形梁的這種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，遍布全層設(shè)置，圍繞建筑物周圍形成所謂的箱子，即稱箱式轉(zhuǎn)換層。優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換梁的約束力強(qiáng)，鋼度大，傳力途徑直接明確，上下部傳力較為均勻，還可將其利用作為設(shè)備層，不過(guò)其施工難度較大，造價(jià)比較高。
3、建筑結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)原則
3.1確保轉(zhuǎn)換層鋼度
轉(zhuǎn)換層的鋼度是決定轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)成功與否的絕對(duì)性因素，特別是在高層建筑的設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中，高層建筑本身的高度和自身重量對(duì)轉(zhuǎn)換層影響十分巨大，轉(zhuǎn)換層的鋼度成為其中一個(gè)薄弱的環(huán)節(jié)。所以為了保證建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，就要保證轉(zhuǎn)換層的鋼度，查閱相關(guān)資料，轉(zhuǎn)換層的鋼度應(yīng)大于上層鋼度的70%，才能保證建筑物的穩(wěn)定性。為了確保高鋼度的轉(zhuǎn)換層，應(yīng)當(dāng)采用比設(shè)計(jì)等級(jí)高一個(gè)等級(jí)的混凝土，一般采用C60級(jí)以上的商品混凝土，并且整個(gè)轉(zhuǎn)換層采用筒體結(jié)構(gòu)，完全保證轉(zhuǎn)換層鋼度不低于設(shè)計(jì)水平，從而確保建筑物的穩(wěn)定性能。
3.2確保建筑物整體性
盡可能減少轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，采用統(tǒng)一方向的構(gòu)件，從最開(kāi)始的設(shè)計(jì)文件中要體現(xiàn)出來(lái)，能夠提高建筑物的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命。直接落地的剪力墻越多，需轉(zhuǎn)換的其他結(jié)構(gòu)就會(huì)越少，這樣整個(gè)轉(zhuǎn)換層剛度突變的程度就越少，對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的整體性越有利。
3.3合理布置轉(zhuǎn)換層
由于建筑物的受力模式較為復(fù)雜，且建筑物中各層所受的作用力都隨高度的變化而改變，所以轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在高層結(jié)構(gòu)豎向位置應(yīng)該適當(dāng)，宜低不宜高。轉(zhuǎn)換層的位置較高時(shí)，容易造成在轉(zhuǎn)換層附近上下的樓層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)鋼度、內(nèi)力和傳力受力途徑發(fā)生突變，形成薄弱的受力層，降低整個(gè)建筑物的穩(wěn)定性，不利于建筑抗震，對(duì)建筑物抗震設(shè)計(jì)不利，所以轉(zhuǎn)換層高度的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量低，六度區(qū)不超過(guò)六層，七度區(qū)部超過(guò)五層為宜。
3.4遵守高規(guī)中的相關(guān)規(guī)定
高規(guī)附錄中規(guī)定當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在1、2層時(shí)，轉(zhuǎn)換層與其相臨上層結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比宜接近1，非抗震時(shí)小于等于3，抗震設(shè)計(jì)時(shí)小于等于2。
4、結(jié)語(yǔ)
本文詳細(xì)介紹了轉(zhuǎn)換層的定義，和在高層超高層建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層的必要性，也就是說(shuō)轉(zhuǎn)換層是伴隨著高層建筑的發(fā)展而產(chǎn)生的，轉(zhuǎn)換層將整個(gè)建筑的使用功能和結(jié)構(gòu)性能統(tǒng)一的結(jié)合起來(lái)，提高了建筑物的抗震性能和整體性，使得商用民用結(jié)合為一體。轉(zhuǎn)換層必將伴隨著我國(guó)城市化進(jìn)程向更加合理科學(xué)的設(shè)計(jì)方向發(fā)展。
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