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建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設計分析論文
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、超高層施工領域十分常見的一種結(jié)構(gòu)，因為不同樓層之間的使用功能和結(jié)構(gòu)性能存在著差異，所以需要加設轉(zhuǎn)換層來緩和彼此之間的差異，對樓層的上下部的結(jié)構(gòu)和設計進行轉(zhuǎn)換。進入21世紀以來，全球城市化進程就要求，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計跨度比較大的商業(yè)娛樂空間，在上部應用密集的設計，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，就需要設計轉(zhuǎn)換層，用來調(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、合理。
1.2轉(zhuǎn)換層的特點
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)建筑物自身的特點和設計圖紙的具體要求，適當選擇合適的轉(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致的重力，導致轉(zhuǎn)換層結(jié)內(nèi)部存在有較大的應力。另一方面，轉(zhuǎn)換層在中間的位置，會影響整個建筑的安全性能，在一定程度上降低了建筑物的整體性和統(tǒng)一性，基于這個原因，轉(zhuǎn)換層的設計不能單單考慮自身的承載要求，還要分析整個建筑物的結(jié)構(gòu)性能，確保整個建筑的使用安全。
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，當需要橫縱同時轉(zhuǎn)換時，則采用雙向梁布置，來提高轉(zhuǎn)換層的強度與鋼度。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)點眾多，為目前應用最廣泛的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。
2.2板式轉(zhuǎn)換層
當上下柱網(wǎng)錯位較多，設計復雜并且不能用梁進行承托時，可以采用板式轉(zhuǎn)換層。這種結(jié)構(gòu)最顯著的特點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)復雜，開間較多的建筑結(jié)構(gòu)。同時伴隨著這個特點的同時，由于轉(zhuǎn)換層的受力狀態(tài)較為復雜，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)換層主要應用于結(jié)構(gòu)下部為大商場，上部為寫字樓或者住宅區(qū)的結(jié)構(gòu)用途，并且需要設置相應的設備層。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)設計較為復雜。節(jié)點設計難度較大，對施工要求比較高，所以在一定程度上限制了這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)向二三線城市的應用個推廣。，此外，桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)適用于高度達到3m以上的轉(zhuǎn)換層設計當中，另外還可以采用預應力技術，進一步加強穩(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)換層的支梁上設置一層扳，形成一個箱形梁，箱形梁的這種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，遍布全層設置，圍繞建筑物周圍形成所謂的箱子，即稱箱式轉(zhuǎn)換層。優(yōu)點是轉(zhuǎn)換梁的約束力強，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備層，不過其施工難度較大，造價比較高。
3、建筑結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層的設計原則
3.1確保轉(zhuǎn)換層鋼度
轉(zhuǎn)換層的鋼度是決定轉(zhuǎn)換層設計成功與否的絕對性因素，特別是在高層建筑的設計與施工過程中，高層建筑本身的高度和自身重量對轉(zhuǎn)換層影響十分巨大，轉(zhuǎn)換層的鋼度成為其中一個薄弱的環(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，查閱相關資料，轉(zhuǎn)換層的鋼度應大于上層鋼度的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，應當采用比設計等級高一個等級的混凝土，一般采用C60級以上的商品混凝土，并且整個轉(zhuǎn)換層采用筒體結(jié)構(gòu)，完全保證轉(zhuǎn)換層鋼度不低于設計水平，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，從最開始的設計文件中要體現(xiàn)出來，能夠提高建筑物的穩(wěn)定性，延長建筑物的使用壽命。直接落地的剪力墻越多，需轉(zhuǎn)換的其他結(jié)構(gòu)就會越少，這樣整個轉(zhuǎn)換層剛度突變的程度就越少，對整個建筑結(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)豎向位置應該適當，宜低不宜高。轉(zhuǎn)換層的位置較高時，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，降低整個建筑物的穩(wěn)定性，不利于建筑抗震，對建筑物抗震設計不利，所以轉(zhuǎn)換層高度的設計應盡量低，六度區(qū)不超過六層，七度區(qū)部超過五層為宜。
3.4遵守高規(guī)中的相關規(guī)定
高規(guī)附錄中規(guī)定當轉(zhuǎn)換層設置在1、2層時，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，非抗震時小于等于3，抗震設計時小于等于2。
4、結(jié)語
本文詳細介紹了轉(zhuǎn)換層的定義，和在高層超高層建筑結(jié)構(gòu)中設計轉(zhuǎn)換層的必要性，也就是說轉(zhuǎn)換層是伴隨著高層建筑的發(fā)展而產(chǎn)生的，轉(zhuǎn)換層將整個建筑的使用功能和結(jié)構(gòu)性能統(tǒng)一的結(jié)合起來，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城市化進程向更加合理科學的設計方向發(fā)展。
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