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域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的高層建筑的結構設計樣本，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。
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 結構受力特點
工程中經(jīng)常遇到的帶轉換層的結構形式即為底層大空間剪力墻結構,即結構的部分剪力墻落地,部分剪力墻在底部變?yōu)榭蚣?這種結構形式的受力特點是:
1) 底層大空間剪力墻結構以轉換層為界,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系迅速改變,這種改變是通過轉換層的剛性樓板對內力的傳遞作用而實現(xiàn)的。轉換層樓板在完成上下樓層剪力重新分配的同時,自身在平面內受到很大的力,也產(chǎn)生了較明顯的平面內變形,從而影響了關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,由于框支柱的側向剛度通常不到剪力墻側向剛度的1 % ,因此在計算中它所承擔的水平力是極小的。但當轉換層樓板有變形時,底層在框支柱區(qū)域內水平位移達到最大,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,轉換層上下附近的受力狀況是比較復雜的,在工程設計時必須對落地剪力墻和框支柱留有安全儲備。
2 工程概況及結構設計
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，上部結構劃分為五個單元。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,因而在結構布置上采用框支剪力墻結構,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層以上結構形式采用剪力墻結構,為了保證上下層結構受力的準確傳遞,在3層設梁式結構轉換層。
3 結構分析
1) 本工程屬丙類建筑,抗震設防烈度為8 度(0. 2g) ,場地類別為Ⅲ類,設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) 正常設計的高層建筑下部樓層側向剛度宜大于上部樓層側向剛度,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)，要求樓層側向剛度不宜小于上部相鄰樓層的70 %或其上相鄰三層側向剛度平均值的80 %。在本工程中轉換層上一層剪力墻厚度為250 mm ,轉換層及以下結構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)《高層建筑混凝土結構技術規(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 結構設計中遇到的問題
4. 1 合理的剪力墻布置對轉換層受力的影響
本工程的方案設計由外方承擔,戶型變換較多，在與中方建筑施工圖設計配合中,為了提高建筑物的抗震性能，盡量避免了二級轉換和寬扁梁轉換,使結構受力更合理。同時，為了發(fā)揮轉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)化后的轉換層結構布置圖如圖1所示。
圖1 轉換層結構平面
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構形式內力得以準確傳遞,首先要盡量避免轉換層上下結構的剛度突變,這個問題可從兩方面解決,一方面減少上部剛度,即上部住宅能不設剪力墻的部位就不設剪力墻 ,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。本工程轉換層同其上一層的側向剛度比為X 向1.3左右 ,Y向1.1左右，結構受力較為合理經(jīng)濟。
4. 3 轉換梁剛度對其自身內力、配筋及上部剪力墻內力的影響
由于轉換層附近結構內力分布非常復雜,一般在實際工程中首先根據(jù)建筑設計要求估算確定剪力墻的布置,對轉換梁的構件尺寸進行計算、試算、調整,有關資料表明,轉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,適宜的轉換梁剪壓比控制值應為0. 08 左右。轉換梁剪壓比:
式中: Vmax ———轉換梁支座截面最大組合剪力設計值,kN ;
fc ———轉換梁混凝土抗壓設計強度,MPa ;
b ———轉換梁截面的寬度,m;
h0 ———轉換梁截面有效高度,m。
在初步計算時，根據(jù)工程經(jīng)驗，Vmax=（0.4～05）G，G為轉換梁上全部重力荷載設計值。
經(jīng)過計算比較,結合建筑層高要求，本工程轉換梁斷面取600mm ×1200mm以及700mm ×1200mm。
4.4 轉換梁截面設計方法分析
轉換梁截面設計方法主要有三種：1、普通梁截面計算，直接取用高層建筑結構計算分析程序（如PKPM）內力計算結果進行計算；2、偏心受拉構件截面計算，將轉換梁進行有限元分析得出的應力轉換成截面內力進行計算；3、深梁截面計算，轉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換梁承托上部普通框架柱或上部小墻肢，偏心受拉構件截面計算適用于轉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計算結果，深梁計算方法則取轉換層以上三層高度墻體與轉換梁一起組成倒T深梁，對PKPM計算結果進行核算。
5 結語
關鍵詞：高層建筑；結構；設計；
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當中所占的比例是越來越大，而建筑結構設計方面的變化也越來越多，很多新興的結構設計方案以迅猛的速度呈現(xiàn)在我們的城市建設中。建筑類型與功能越來越復雜，高層建筑的數(shù)量口漸增多，高層建筑的結構體系也是越來越多樣化，高層建筑結構設計也越來越成為高層建筑結構工程設計工作的難點與重點。
1高層建筑結構受力方面
對于一個建筑物的最初的方案設計，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構。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件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設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系，所以，在建筑設計的方案階段，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想。
對于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結構體系的設計基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加。豎向結構體系成為設計的控制因素，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。高層建筑的結構受力性能與低層建筑有很大的差異。
2結構選型階段
2.1結構的規(guī)則性問題。舊規(guī)范在這方面的內容出現(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)則的設計方案。因此，結構工程師在遵循新規(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計階段工作的被動。
2.2結構的超高問題?？拐鹨?guī)范與高規(guī)中。對結構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。必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。
2.3嵌固端的設置問題。于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計、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、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協(xié)調等等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。
2.4短肢剪力墻的設置問題。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，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。
3高層建筑結構設計方面的原則
3.1 選用適當?shù)挠嬎愫喗Y構計算式在計算簡圖的基礎上進行的，計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當?shù)挠嬎愫唸D是保證結構安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節(jié)點不可能是純粹的鉸結點和剛結點，但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內。
3.2 選擇合適的基礎方案。礎設計應根據(jù)工程地質條件，上部結構類型與載荷分布，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)濟合理的基礎方案，設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設計應有詳盡的地質勘察報告，對一些缺少地質報告的建筑應進行現(xiàn)場查看和參考臨近建筑資料。
3.3 合理選擇構方案。合理的設計必須選擇一個經(jīng)濟合理的結構方案，也就是要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系。結構體系應受力明確，傳力簡捷。同一結構單元不宜混用不同結構體系，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，在此基礎上進行結構選型，確定結構方案，必要時應進行多方案比較，擇優(yōu)選用。 3.4 正確分析計算結果。結構設計中普遍采用計算機技術，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果。因此設計師應對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設計時，由于結構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果，因而要求結構工程師在拿到電算結果時應認真分析，慎重校核，做出合理判斷。
3.5 采取相應的構造措施：結構設計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓若拉原則”，注意構件的延性性能；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 高層建筑結構設計的特點
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，對下料長度進行調整。
4.2 結構延性是重要設計指標：相對于底層建筑而言，高層建筑的結構更柔和一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使高層建筑結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當?shù)拇胧瑏肀ＷC結構具有足夠的延性。
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；而水平荷載對結構產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎構件中引起的軸力，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)值是隨結構動力特性的不同而有較大幅度變化。
5 高層建筑結構的相關問題分析
5.1 結構的超高問題。在抗震規(guī)范和高規(guī)范中，對結構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定為A級高度以為，增加了B級高度，處理措施與設計方法都有較大改變。在實際工程設計中，出現(xiàn)過由于結構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，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。
5.3 嵌固端的設置問題。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，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計、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、在結構整體計算時嵌的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協(xié)調等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。
5.4 結構的規(guī)則性問題。新舊規(guī)范在這方面的內容出現(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)則的設計方案。因此，結構工程師在遵循新規(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計階段工作的被動。
關鍵詞：高層；建筑結構；設計
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、高層建筑結構設計原則
1、選用適當?shù)挠嬎愫唸D：結構計算式在計算簡圖的基礎上進行的，計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當?shù)挠嬎愫唸D是保證結構安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節(jié)點不可能是純粹的鉸結點和剛結點，但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內。
2、選擇合適的基礎方案：基礎設計應根據(jù)工程地質條件，上部結構類型與載荷分布，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)濟合理的基礎方案，設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設計應有詳盡的地質勘察報告，對一些缺少地質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，同一結構單元不宜用兩種不同的類型。
3、合理選擇構方案：一個合理的設計必須選擇一個經(jīng)濟合理的結構方案，也就是要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系。結構體系應受力明確，傳力簡捷。同一結構單元不宜混用不同結構體系，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，在此基礎上進行結構選型，確定結構方案，必要時應進行多方案比較，擇優(yōu)選用。
4、正確分析計算結果：在結構設計中普遍采用計算機技術，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果。因此設計師應對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設計時，由于結構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果，因而要求結構工程師在拿到電算結果時應認真分析，慎重校核，做出合理判斷。
5、采取相應的構造措施：結構設計始終要牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓若拉原則”，注意構件的延性性能；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、高層建筑結構設計相關問題分析
1、高層建筑結構受力性能。對于一個建筑物的最初的方案設計，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構。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件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設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系，所以，在建筑設計的方案階段，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想。
2、高層建筑結構設計中的扭轉問題
建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發(fā)生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用而發(fā)生的扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一。
在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，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，同時，在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態(tài)。
3、高層建筑結構設計中的側移和振動周期
建筑結構的建筑結構的振動周期問題包含兩方面：合理控制結構的自振周期；控制結構的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。
(1)結構自振周期
高層建筑的自振周期(T 1)宜在下列范圍內：
框架結構：T1=(0.1—0.15)N
框一剪、框筒結構：T1=(0.08-0.12)N
剪力墻、筒中筒結構：TI=(0.04—0.10)N
N為結構層數(shù)。
結構的第二周期和第三周期宜在下列范圍內：
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。因此在建筑方案設計時就應針對預估的建筑場地特征周期，通過調整結構的層數(shù)，選擇合適的結構類別和結構體系，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，并不能說明該結構是合理的設計。同時還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結構抗震設計時，地震力的大小與結構剛度直接相關，當結構剛度小，結構并不合理時，由于地震力小則結構位移也小，位移在規(guī)范允許范圍內，此時并不能認為該結構合理。因為結構周期長、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構的位移曲線應為彎曲型?？蚣芙Y構的位移曲線應為剪切型t框一剪結構和框一筒結構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)位移限值在結構整體計算的輸出結果中，結構的側移(包括層間位移和頂點位移)是一個重要的衡量標準，其數(shù)值大小從一個側面反映出結構的整體剛度是否合適，過大或過小都說明結構剛度過小或過大(或者體現(xiàn)結構兩個主軸方向的剛度是否均衡)，以致要引起設計者對其中的結構體系選擇、結構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構的剪重比(也即水平地震剪力系數(shù))λ=VEK／G是體現(xiàn)結構在地震作用下反應大小的一個指標．其大小主要與結構地震設防烈度有關，其次與結構體型有關，當設防烈度為7、8、9度時，剪重比分別為0.012，0.024．0.040；扭轉效應明顯或基本周期
三、結束語
關鍵詞：高層建筑；轉換層；梁式轉換層；結構設計
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構（設備）類型，并通過該樓層進行結構（設備）轉換，則該樓層稱為結構（設備）轉換層。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構形式進行轉換處理，即加設轉換層。轉換層常用的結構形式包括梁式、空腹桁架式、斜桿桁架式、箱形和板式。 轉換層在建筑上具有提供大的室內空。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、轉換層設計原則
高層建筑中轉挨層的設置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時在轉換層上下容易形成薄弱環(huán)節(jié)，對結構抗震不利，故轉換層結構在設計時應遵循以下原則：
1、減少轉換
布置轉換層時，當上下主體是豎向結構時，尤其對于有框架核心筒結構中核心筒的情況時，應該注意使盡可能多的上部豎向結構，并且能向下落地連續(xù)貫通。
2、傳力直接
傳力直接能夠對整體結構有很好的轉換作用，布置轉換層上下主體豎向結構時，應該盡量避免多級復雜轉換，這樣使水平轉換結構傳力直接，而且慎重采用傳力復雜、抗震不利的厚板轉換，如上下柱網(wǎng)確實無法對齊時，盡量采用箱形轉換。
3、優(yōu)化轉換結構
當建筑功能里面考慮到抗震設計，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、柱剪力過大的結構形式。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
設計中應當確保轉換層有足夠的剛度，一般應使梁的高度不小于跨度的六分之一，才能保證內力在轉換層及其下部構建中分配合理，轉換梁、剪力墻柱有良好的受力性質，能較好的祈禱結構轉換作用。
5、對稱布置
梁上轉換層以上的墻和柱子應盡量對稱布置，梁上立柱應盡量設在轉換梁跨中，以免轉換梁變形時，在梁上立柱的柱腳處產(chǎn)生較大轉角，帶動立柱柱腳產(chǎn)生較大變形，引起柱的彎曲及剪切，使立柱很大的內力而超筋。
三、轉換層結構設計方法存在的問題
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，建筑師在建筑設計中也往往首先想到采用結構轉換層來完成上、下層建筑物功能的轉換。但一些結構設計人員在實際進行轉換層設計時顯得無從下手，沒有可操作、可遵循的設計思路、設計原則來進行結構設計。造成這種現(xiàn)象的主要原因是當前轉換層設計沒有相關的可遵循的設計準則，使設計人員難以進行結構選型、截面確定、計算模型確定、計算方法確定，計算結果應用以及配筋方法的實施等一系列結構設計步驟。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。轉換結構層具有與一般結構層相比結構重量大、結構層剛度大、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換結構組成了建筑物的主要構件。它們設計的是否合理、安全、經(jīng)濟對整個結構的安全性、結構造價、施工費用等有著重要影響?，F(xiàn)有的轉換層設計方法，主要是針對形式簡單、受力相對簡單的轉換梁，對于受力復雜的轉換梁還沒有深入研究。即便是對于形式簡單的轉換梁，其受力性能也沒有完全清楚，而往往是互相混淆，設計概念不明確，設計原則不準確。對于轉換梁的配筋方法也限于用普通梁的配筋方法加以套用，造成轉換梁截面超大、配筋偏多、配筋構造無法實現(xiàn)、施工困難等現(xiàn)象。
三、梁式轉換層的結構設計方法
高層建筑轉換結構一般可分為4種基本結構形式，即：梁式轉換結構(包括托梁和雙向梁格)、桁架轉換結構(包括空腹桁架)、箱型轉換結構、厚板轉換結構。
一般運用于底部大空間的框支剪力墻結構體系.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構體系. 當需要縱橫向同時轉換時,則采用雙向梁布置.梁式轉換層的設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換型式。它的缺點在于,當上下軸線錯位布置時,需增設較多的轉換次梁,空間受力較為復雜,此時應對框支主梁進行應力分析。
（一）梁式轉換層結構的設計計算要點
（1）帶轉換層的高層結構是復雜的空間受力體系，必須將轉換結構作為整體結構中的一個重要組成部分，應確定較能反映結構中各構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構計算分析。
（2）抗震計算中，宜考慮平扭耦聯(lián)計算結構的扭轉效應，振型數(shù)不應少于15，且應使振型參與質量不小于總質量的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度抗震設計時轉換構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，也可取構件重力荷載代表值的10%；
（5）轉換層是薄弱樓層，不論其豎向側向剛度是否滿足規(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、二級轉換構件水平地震作用內力應分別乘以增大系數(shù)1.8，1.5，1.25。
（6）框支轉換中，由于轉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)定對于結構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）帶轉換層結構屬于豎向不規(guī)則建筑，應特別重視轉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”等的一系列內力設計值調整系數(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計概念的第二條要求。
（二）托柱形式轉換梁截面設計
當轉換梁承托上部普通框架時，在轉換梁常用截面尺寸范圍內，轉換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設計方法進行配筋計算；當轉換梁承托上部斜桿框架時，轉換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構件進行截面設計。
（三）托墻形式轉換梁截面設計
當轉換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉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，此時轉換梁截面設計方法宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，且計算的縱向鋼筋應沿全梁高適當分布配置。由于此時轉換梁跨中較大范圍內的內力比較大，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，轉換梁截面設計方法也宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，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。當轉換梁承托上部墻體為小墻肢時，轉換梁基本上可按普通梁的截面設計方法進行配筋計算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉換梁的底部。轉換梁的結構形式有很多種，目前高層建筑轉換層結構的實際工程應用也很多。一般而言，高層建筑轉換層結構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，以反映結構內力和變形的真實情況。施工過程中的力學問題應引起設計人員和施工人員的高度重視。
結束語
梁式轉換層能夠使高層建筑在轉換層上下的墻、柱軸線擺脫了構造上的限制，同時改善整體結構的受力情況，使整體布局更為合理，因而適用于結構復雜的高層建筑。實際工程中轉換層的幾何形狀和受力情況是很復雜的，因此，結構的設計問題就顯得十分重要，作為工程結構設計人員，要根據(jù)工程的實際情況，進行嚴格的設計，保證工程的質量與安全。
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關鍵詞: 轉換層高層建筑, 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、帶轉換層的高層建筑結構設計要求
1.減少轉換
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,在布置轉換層的上、下主體的豎向結構的時候,要注意盡可能多的使上部的豎向結構能夠向下落地連續(xù)貫通,尤其是框架的核心筒結構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
在布置轉換層的上下主體的豎向結構的時候,要盡量使水平的轉換結構直接傳力,避免多級復雜的轉換,慎重使用傳力比較復雜、對抗震不利的平厚板的轉換形式,如果上、下柱網(wǎng)實在沒有辦法對齊的話,可以采用箱形的轉換形式。
3.弱化上部、強化下部
針對帶轉換層的剪力墻結構或者筒體結構,可以采取下面措施來強化下部結構: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)化轉換結構
在進行抗震設計的時候,由于建筑功能的要求,如果不得不進行高位轉換的時候,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、柱剪力比較大的結構形式。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、轉換層的作用
1.轉換上、下層的結構類型
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構,而下面部分則是框架結構,所以轉換層的一個主要的作用就是對這兩種結構進行轉換,這樣才可以使下部獲得比較大的自由使用空間。
2.改變上、下層結構的軸線和柱網(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,那么在轉換層上、下的結構形式?jīng)]有改變的情況下,就需要通過轉換層來使建筑的下面部分結構的柱距變大,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.轉換上、下層的結構類型和柱網(wǎng)
高層建筑的上部的剪力墻結構可以通過轉換層來改變成框支剪力墻的結構,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、高層建筑轉換層的類型和結構設計
1．梁式轉換層的結構設計
(1)結構特點
梁式轉換層的結構設計的傳力途徑是采用墻(柱)轉換梁柱(墻)的形式,所以其特點是:傳力明確、直接、便于工程的計算、分析和設計,而且造價比較節(jié)省。所以,這種結構形式是目前在高層建筑中使用最廣泛的一種。
(2)設計方法
第一,托柱形式轉換的梁截面設計
當轉換梁承托上部的普通框架的時候,在轉換梁常用的截面尺寸的范圍內,轉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計方法進行計算;如果轉換梁承托的上部是斜桿框架,轉換梁就會承受軸向的拉力,這時候應該按照偏心受拉構件來進行截面設計。
第二,托墻形式的轉換梁的截面設計
如果轉換梁承托的上部墻體滿跨而且不開洞的話,轉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,這時轉換梁的截面設計方法最好采用深梁的截面設計方法或者應力截面的設計方法,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.桁架式轉換的結構設計
(1)結構特點
桁架式轉換結構形式是根據(jù)梁式結構轉換層演變而來的,其結構特點是:整個轉換層的承重結構是由多榀鋼筋混凝土桁架組成,而桁架的上、下弦桿分別設置在轉換層的上、下樓面的結構層內部,樓層之間設有腹桿。因為桁架高度比較高,所以其下弦桿的截面尺寸比較小。
(2)設計方法
桁架式的轉換結構在進行整體結構的內力分析上可以采用ANSYS和TAT,除了應該滿足結構整體的位移、抗傾覆、變形、周期等要求之外,還應該滿足(JGJ3—2002)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中的附錄E中的關于轉換層上、下結構側向剛度比的要求。
和其他結構形式相比較,桁架轉換層在受力上更合理,在轉換層的位置受到的彎矩和剪力都比較小,這對構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.厚板厚梁式轉換結構的設計
(1)結構特點
當建筑結構的上、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換。板式轉換層的特點是下柱網(wǎng)的布置靈活、不需要和下層結構對齊。其主要缺點是:自重比較大,材料耗用比較多。
厚板厚梁式的轉換層的剛度特別大,一方面給建筑上部的結構布置帶來方便,另一方面也使板的傳力不明確,所以受力也比較模糊,結構在計算方面相對比較困難,采用有限元計算的時候計算結果非常繁雜,這給配筋的設計帶來很多不便。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)設計方法
帶有厚板轉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,來進行整體結構的內力分析。
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,緊密結合工程實際,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厚磚混結構,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節(jié)能效益的實際測算,得出ΔLCC=165.4元/ ㎡> 0壽命期內節(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)能技術是切實可行的。
通過這一工程實例,可以看出,在全生命期內,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)能新技術的推廣,加速轉化理論研究成果,進一步加快我國現(xiàn)代化建設的步伐。
參考文獻
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【關鍵詞】高層建筑結構設計；抗震設計；安裝
高層建筑結構設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案。合理的建筑布置在抗震設計中是頭等重要的，提倡平、立面簡單對稱。 “建筑結構的規(guī)則性”包含了對建筑的平立面外形尺寸，抗側力構件布置、質量分布，承載力分布等諸多因素的綜合要求。“規(guī)則建筑”體現(xiàn)在體形簡單;抗側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 高層建筑結構設計
1.1 高層建筑結構設計的概念及內容：
結構設計簡而言之就是用結構語言來表達建筑師及其它專業(yè)工程師所要表達的東西。結構語言就是結構師從建筑及其它專業(yè)圖紙中所提煉簡化出來的結構元素。包括基礎，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細部等等。然后用這些結構元素來構成建筑物或構筑物的結構體系，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。
1.2 高層建筑結構設計的階段：
結構設計的階段大體可以分為三個階段，結構方案階段，結構計算階段和施工圖設計階段。方案階段的內容為：根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設防烈度，工程地質勘查報告，建筑場地的類別及建筑的高度和層數(shù)來確定建筑的結構形式。確定了結構的形式之后就要根據(jù)不同結構形式的特點和要求來布置結構的承重體系和受力構件。
結構計算階段的內容為：
1.2.1 荷載的計算。荷載包括外部荷載和內部荷載，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 構件的試算。根據(jù)計算出的荷載值，構造措施要求，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件的截面。
1.2.3 內力的計算，根據(jù)確定的構件截面和荷載值來進行內力的計算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力、拉力等等。四：構件的校核。根據(jù)計算出的結構內力及規(guī)范對構件的要求和限制來復核結構試算的構件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。
2 高層建筑結構設計的基本要求
2.1 結構的規(guī)則性
2.1.1 不應采用嚴重不規(guī)則的結構體系。建筑設計應符合抗震概念設計的要求，應采用規(guī)則的設計方案，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）避免因部分結構或構件的破壞而導致整個結構喪失承受重力荷載、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 高層建筑的結構體系宜符合下列要求：
（1）結構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)則結構的主要特征
高層建筑及其抗側力結構的平面布置應該規(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，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。
2.3 規(guī)則平面布置需滿足的要求
結構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，均勻對稱，減少扭轉的影響。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 高層建筑結構設計中的抗震設計
3.1 高層建筑抗震結構設計的基本原則
3.1.1 結構構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）結構構件應遵守強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構件、強底層柱的原則；
（2）對可能造成結構的相對薄弱部位，應采取措施提高抗震能力
（3）承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。
3.1.2 盡可能設置多道抗震防線
（1）一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接協(xié)同工作。
（2）強烈地震之后往往伴隨多次余震，抗震結構體系應有最大可能數(shù)量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。
（3）適當處理結構構件的強弱關系，同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后，其他抗側力構件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結構的延性和抗倒塌能力；
（4）在抗震設計中某一部分結構設計超強，可能造成結構的其他部位相對薄弱，因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大帶小，改變抗側力構件配筋的做法，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）構件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎；
（2）要使樓層的實際承載能力和設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構各部位剛度、承載力的協(xié)調；
（4）在抗震設計中有意識、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)生轉移，這是提高結構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，從而改善整個結構的抗震性能。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而形成的組合結構材料。由于鋼管內的混凝土受到鋼管的側向約束，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，高層建筑結構抗震設計理論的研究與發(fā)展使建筑抗震分析在概念上進一步走向完善，如果可以在結構材料特性，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，自然會在建筑結構抗震領域內起到重要的作用。
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關鍵詞：框架結構；荷載；抗震設計
1 前言
隨著我國城市化建設進程的加快，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。高層建筑結構設計給工程設計人員提出了更高的要求，下面就結構設計中的問題進行一些探討。
2 高層建筑結構體系的特點
我國《高層建筑混凝土結構技術規(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構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、抗側剛度、抗震性能、材料用量和造價高低，與其所采用的結構體系密切相關。不同的結構體系，適用于不同的層數(shù)、高度和功能。
2.1 框架結構體系
框架結構體系一般用于鋼結構和鋼筋混凝土結構中，由梁和柱通過節(jié)點構成承載結構，框架形成可靈活布置的建筑空間，具有較大的室內空間，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，即層間側移隨著層數(shù)的增加而減??；框架結構主要用于不考慮抗震設防、層數(shù)較少的高層建筑中。在考慮抗震設防要求的建筑中，應用不多；高度一般控制在70m以下。
2.2 剪力墻結構體系
利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結構，稱為剪力墻結構體系。剪力墻結構體系于鋼筋混凝土結構中，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構的整體性好，剛度大，在水平荷載作用下側向變形小，承載力要求也容易滿足；剪力墻結構體系主要缺點：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，結構自重往往也較大。當剪力墻的高寬比較大時，是一個受彎為主的懸臂墻，側向變形是彎曲型，即層間側移隨著層數(shù)的增加而增大。剪力墻結構在住宅及旅館建筑中得到廣泛應用。因此這種剪力墻結構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。高層建筑剪力墻結構，以彎曲變形為主，其位移曲線呈彎曲形，特點是結構層間位移隨樓層增高而增加。
2.3 框架―剪力墻結構（框架―筒體結構）體系
在框架結構中設置部分剪力墻，使框架和剪力墻兩者結合起來；取長補短；共同抵抗水平荷載，就組成了框架―剪力墻結構體系。如果把剪力墻布置成筒體，又可稱為框架―筒體結構體系?？蚣塄D剪力墻（筒體）結構比框架結構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構構件（隔墻及外墻）的損壞，這樣無論在非地震區(qū)還是地震區(qū)，這種結構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 筒體結構
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。實際結構中除煙囪等構筑物外不可能存在單筒結構，而常常以框架―筒體結構、筒中筒結構、多筒體結構和成束筒結構形式出現(xiàn)。
2.5 巨型結構
巨型結構一般由兩級結構組成。第一級結構超越樓層劃分，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），以這巨型結構來承受水平力和豎向荷載，樓面作為第二級結構，只承受豎向荷載并將荷載所產(chǎn)生的內力傳遞到第一級結構上。常見的巨型結構有巨型框架結構和巨型桁架結構。
不同的結構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，框架結構適用于高度低，層數(shù)少，設防烈度低的情況；框架―剪力墻結構和剪力墻結構可以滿足大多數(shù)建筑物的高度要求；在層數(shù)很多或設防烈度要求很高時，可用筒體結構。
3高層建筑結構設計的基本要求
3.1 結構的規(guī)則性
3.1.1 不應采用嚴重不規(guī)則的結構體系
建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案。高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的結構體系，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）應避免因部分結構或構件的破壞而導致整個結構喪失承受重力荷載、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 高層建筑的結構體系尚宜符合下列要求：
1）結構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)則結構的主要特征
建筑及其抗側力結構的平面布置宜規(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，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。規(guī)則結構一般指：體型（平面和立面）規(guī)則，結構平面布置均勻、對稱并具有較好的抗扭剛度；結構豎向布置均勻，結構的剛度、承載力和質量分布均勻，無突變。
3.3 規(guī)則平面布置需滿足的要求
結構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，力爭均勻對稱，減少扭轉的影響。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構單元內，宜使結構平面形狀簡單、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計的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結構高層建筑，其平面布置應簡單、規(guī)則，減少偏心。
4高層建筑結構設計
4.1 豎向荷載設計應減輕自重
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構抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結構上的地震剪力大，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；對于特別重要或對風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，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。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。空氣流動產(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構上時對結構產(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 抗震設計基本要求
有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構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；選擇合理的結構體系。對于鋼筋混凝土結構，一般框架抗震能力較差，框架―剪力墻結構較好，剪力墻結構和筒體結構抗震能力高；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，盡量減少扭轉的影響；盡量避免建筑物豎向體型復雜、外挑內收變化過多，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)定進行設計；結構布置要受力明確，傳力途徑直接簡單；加強結構空間整體性，增加超靜定次數(shù)，組織多道設防；保證構件的延性，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構在地震中失穩(wěn)和傾覆；盡量減輕結構自重，減少地基土壓力，降低地震作用；保證足夠的剛度，滿足高層建筑結構允許位移值的要求；調整平面形狀與尺寸，采取構造措施和留臨時性施工縫（后澆帶）的方法，盡量不設防震縫，少設防震縫。
【關鍵詞】梁式轉換；復雜高層建筑；基本原則；結構設計
1 前言
帶有轉換層的結構是一種非常規(guī)的的結構形式，由于豎向傳力構件不連續(xù)，因此要通過轉換層將不落地構件傳來的荷載可靠地傳遞給周圍的落地構件，在強烈的地震作用下，轉換層傳遞很大的水平剪力，轉換構件受力復雜，如果設計不當，將會危及結構的安全。設計時要慎重對待，采取合理的措施保證結構的可靠性。
2 轉換層結構設計的基本原則
結構設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；其次結構布置時考慮傳力途徑明確、簡潔，盡可能地避免復雜結構形式和形體。
具有轉換層結構的結構形式是一種受力復雜、主要抗側力構件沿結構豎向布置不連續(xù)、非常不利于工程抗震的一種結構形式?！陡咭?guī)》第10.1.2、第10.1.4 條明確規(guī)定：“9 度抗震設計時不應采用帶轉換層的結構、帶加強層的結構、錯層結構和連體結構”；對此類結構的平面布局也提出了宜規(guī)則的要求：“7 度和 8 度抗震設計的高層建筑不宜同時采用超過兩種復雜結構”。本文建議遵循以下設計原則：
①減少轉換：布置轉換層上下主體豎向結構時，要注意盡可能多的布置成上下主體豎向結構連續(xù)貫通，尤其是在核心筒框架結構中，核心筒宜盡量予以上下貫通。
②傳力直接、受力明確：布置轉換層上下主體豎向結構時，要注意盡可能使水平轉換結構傳力直接，盡量避免多級復雜轉換，更應盡量避免傳力復雜、抗震不利、結構質量大的厚板轉換，避免高位轉換。
③有可靠的承載力：轉換層承受的力，尤其是豎向集中力非常大，這就要求轉換層有較高的承載能力。所以，一般的轉換大梁截面高度大，有時可達 1～2 個樓層高，另外，《高規(guī)》第 10.1.6 條規(guī)定：“結構轉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；轉換層中梁的跨度大，有時是上部梁跨度的好幾倍，故而，轉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構有適宜的剛度、強度、延性和抗震能力，應盡量強化轉換層下部主體結構剛度，弱化轉換層上部主體結構剛度，使轉換層上下部主體結構的剛度及變形特征盡量接近。
⑥優(yōu)化轉換結構抗震設計時，由于建筑功能的需要而不得已采用高位轉換時，轉換結構還宜優(yōu)先選擇不致引起框支柱(邊柱)柱頂彎矩過大、柱剪力過大的結構形式，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：將轉換結構作為整體結構中一個組成部分，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構計算分析。采用有限元方法對轉換結構進行局部補充計算時，轉換結構以上至少取 2 層結構進入局部計算模型，同時應計入轉換層樓蓋平面內剛度，采用比較符合實際邊界條件的正確計算模型。
⑧整體結構宜進行彈性時程分析補充計算和彈塑性時程分析校核，應注意對整體結構進行重力荷載下的施工模擬計算。
⑨ 跨度大于8m 的轉換結構，8度抗震設計時，應考慮豎向地震作用。
3 轉換梁結構設計
3.1 轉換梁的截面設計方法
目前國內結構設計工作普遍采用的轉換梁截面設計方法主要有:
①普通梁截面設計方法
直接取用高層建筑結構計算分析程序(如 TBSA、PKPM 系列、TAT 等)計算出的轉換梁內力結果，按普通梁進行受力構件承載力計算。
②偏心受拉構件截面設計方法
在《高層建筑混凝上結構技術規(guī)程》(JGJ3-2002)中，規(guī)定“框支梁為偏心受拉構件，按《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)第 7.4.2 條的規(guī)定設計”，即偏心受拉構件進行截面設計。
按偏心受拉構件進行截面設計的關鍵是如何將有限元分析得到的轉換梁截面上的應力換算成截面內力，但這是一種比較麻煩的事情。分析表明，根據(jù)轉換梁的截面內力(M、N)按偏心拉構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換層結構進行有限元分析時，可采用有關表格計算轉換梁的截面內力。
③深梁截面設計方法
實際工程中轉換梁的高跨 h/l=1/8～1/6，因此轉換梁是一種介于普通梁和深梁之間的梁，尤其是框支轉換梁，其受力和破壞特征類似于深梁。
當轉換梁承托的上部墻體滿跨或基本滿跨時，轉換梁與上部墻體之間共同工作的能力較強，此時上部墻體和轉換梁的受力如同一倒 T 形深梁，轉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，此時轉換梁就不能按普通梁進行截面設計，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件進行截面設計，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，影響轉換梁受力特征的墻體高度應和轉換梁的跨度有關，轉換梁跨度越大，上部墻體的高度就應取得越高。分析表明：當轉換梁承托的上部墻體滿跨或基本滿跨時，轉換梁與上部墻體之間共同工作的能力較強，此時上部墻體和轉換梁的受力特征如同一倒 T 形深梁，轉換梁為該組合深梁的受拉翼緣，跨中存在很大的軸向拉力，此時轉換梁宜按倒 T 形深梁進行截面設計。
④應力截面設計方法
對轉換梁進行有限元分析得到的結果是應力及其分布規(guī)律，為能直接應用轉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計值；
3)受壓區(qū)混凝土的強度達到軸心抗壓強度設計值。
