梁式转换层结构设计问题的思考与探讨

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摘要：梁式转换结构是转换结构中最常见的一种结构转换形式，具有传力路径清晰快捷、工作可靠、构造简单、施工方便等特点，成为目前高层建筑应用最广泛的转换层结构型式。本文通过对转换层结构体系的综合概述,对梁式转换层结构的受力特点作了分析,重点就梁式转换层结构设计要点进行了归纳与说明,从而积累相关设计经验,保证建筑物的安全性和经济性。

关键词：梁式转换层； 转换结构构件； 结构设计； 延性；

Abstract: the beam type conversion structure is in the structure of the conversion is one of the most common structural form, have the force transmission path clear fast, reliable, simple structure, construction is convenient wait for a characteristic, become the high-rise building one of the most widely applied conversion layers structure types. This article through to conversion layers of structural system of the comprehensive overview of a beam and type conversion layers structure of the mechanical characteristics are analyzed, the beam type conversion layers structure design points are summarized and illustration, thus accumulate relevant design experience, ensure the safety of the building and economy.

Keywords: beam type conversion layers; Conversion structure component; Structure design; Ductility;

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

前言

在高层建筑设计中，为满足建筑使用功能需要，底部数层常设置为大空间，而上部标准层多为小开间，致使上层的部分竖向承重结构不能直接落地，需要设置结构转换。常用的转换形式为梁式。梁式转换层具有传力路径清晰快捷，工作可靠，构造简单，施工方便等优点，是目前国内应用最广的转换层结构型式。

一、带转换层结构体系分析

带转换层的结构是把双刃剑,从建筑使用功能角度, 它无疑是扩大了底部无柱空间从而最大限度增加建筑布局的灵活性, 适宜于大型商场等的经营; 但从抗震方面, 转换层结构部分竖向抗侧力构件不贯通, 而是通过水平转换结构把上部竖向荷载传递给下部竖向构件, 传力途径发生了根本性变化, 传力途径多次转换, 受力复杂, 而且竖向刚度和剪力在转换层发生突变, 易形成薄弱部位, 同时在偏心荷载作用下, 转换梁还发生扭转效应, 对抗震十分不利, 如何合理设计转换层就愈显重要。转换结构构件一般可归纳为五种基本形式: 梁、桁架、空腹桁架、箱形梁、厚板, 近几年又有许多新颖的转换结构形式涌现, 如搭接柱转换结构、宽扁梁转换结构、斜撑转换结构等, 其中梁式转换层结构具有传力路径清晰快捷、工作可靠、构造简单、施工方便等优点, 在地震设防烈度为 6, 7和 8度时均适用, 是目前高层建筑中应用最广的转换层结构形式。

二、梁式转换层结构的受力特点分析

梁式转换层结构传力途径采用墙 (柱 )) 转换梁) 柱(墙 )的形式, 具有传力直接、明确和传力途径清楚的优点, 便于工程计算、分析和设计, 且造价便宜。转换梁受力形式与受力大小受上部结构形式、转换梁上下层相对刚度、转换梁位置等因素的影响。转换梁的最终受力状态由墙、转换梁作为一个整体共同弯曲变形和拱的传力作用综合影响。墙、转换梁作为一个整体共同弯曲变形, 转换梁处于这整体弯曲的受拉翼缘, 若单独分析转换梁, 其所受的弯矩由于剪力墙的共同作用而大大降低, 同时, 由于处于受拉翼缘, 转换梁会出现轴向拉力。由于竖向传力拱作用的存在,使上部墙体上的竖向荷载传到转换梁时, 很大一部分荷载以斜向荷载的形式作用于转换梁上, 将此斜向荷载分解后, 竖向荷载很显然比不考虑墙体作用下的荷载要小; 水平荷载则形成了在转换梁跨中一定区域受轴向拉力, 支座区域受轴向压力的现象, 所以一般转换梁属于偏心受拉构件。

三、梁式转换层结构设计问题分析

1、转换层位置在建筑竖向的位置宜低不宜高。规范规定对部分框支剪力墙结构, 转换层设置高度在 8度时不宜超过 3层, 7度时不宜超过 5层, 6度时可适当提高。当必须采用高位转换时, 应尽量采用为框架的筒体结构, 因其侧向刚度突变比部分框支剪力墙结构有所改善, 抗震性能会好些。

2、协调上下部分结构布置, 尽量减少转换构件数量。上部竖向构件尽可能置于转换梁靠近支座处, 以利于竖向力的传递, 尽可能减少结构需转换的竖向构件, 直接落地的竖向构件越多, 转换构件越少, 转换层造成的刚度突变就越小, 对结构抗震越有利。

3、传力直接, 尽量避免次梁为转换构件。布置转换层上下主体竖向结构时, 要尽可能使水平转换结构传力直接, 尽量避免次梁为转换构件, 因为次梁为转换构件的话无论从传力途径、抗震性能以及经济性来说都不够好, 次梁上部用填充墙来代替。

4、强化下部, 弱化上部。为保证下部大空间整体结构有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力, 应尽量强化转换层下部主体结构刚度, 弱化转换层上部主体结构刚度, 使转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近。可以采用以下几种方法: 1)与建筑专业协商, 使尽可能多的剪力墙落地, 必要时甚至可仅在转化层下部增设部分剪力墙( 剪力墙不伸上去 )。除楼梯间、电梯间等核心筒可以在下部设置外, 最好让两侧各有一片剪力墙落地, 这些无疑能大大增加底部的刚度; 当剪力墙有多道且考虑抗震时, 横向落地的剪力墙数目与横向剪力墙总数之比最好不少于 50% , 非抗震时横向落地的剪力墙数目与横向剪力墙总数之比最好不少于 30% ; 此外落地剪力墙的间距宜不大于 20m。 2)加大转换层以下落地剪力墙的厚度,对转换层以上未落地的剪力墙, 按开间尽可能扩大剪力墙间距,减小剪力墙的厚度, 这样不但能减少混凝土用量, 也有利于减小刚度。 3)带转换层结构应控制转换层上、下层的刚度比。增高转换层以上楼层高度, 能直接改善剪切刚度比, 但是往往转换层下部为大空间, 层高较高, 而转换层以上多为住宅, 层高较低, 造成剪切刚度比加大, 如果在满足建筑专业的前提下, 提高转换层以上楼层高度或在住宅底部增设设备层, 将设备层和底层住宅设计成一个结构层 (设备层与底层住宅之间的楼板与剪力墙等竖向构件之间留缝脱开 ), 层高相对会高一些, 可减小转换层上、下层刚度比的差距。 4)转换层以下落地剪力墙尽量不开洞或开小洞, 以免刚度削弱太大。 5)提高转换层以下落地剪力墙或柱子的混凝土强度等级, 这样可以提高转换层以下结构的刚度。