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高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究論文

時(shí)間:2024-09-10 04:27:42 建筑學(xué)畢業(yè)論文 我要投稿

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究論文

  【摘要】當(dāng)前,城市化進(jìn)程的不斷加快使得我國高層建筑項(xiàng)目逐漸增多,高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層具有承上啟下的作用,需要對上部結(jié)構(gòu)的豎向載荷進(jìn)行合理的分配,以減少結(jié)構(gòu)突變與應(yīng)力集中現(xiàn)象的出現(xiàn),確保結(jié)構(gòu)連續(xù)性與受力平穩(wěn)性。此背景下,本文首先分析了高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容,其次對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,以供參考。

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究論文

  【關(guān)鍵詞】高層建筑;梁式轉(zhuǎn)換層;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  1引言

  近年來,隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,人們的生活水平日益提升,對建筑物的要求也越來越高。為了更好的滿足人們對停車與購物等方面的需求,部分建筑物均采用了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu),具有傳力明確、簡潔等優(yōu)勢,已成為當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要形式。

  2高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容分析

  2.1梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)就當(dāng)前情況來看,梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑結(jié)構(gòu)中獲得了十分廣泛的應(yīng)用,其能夠?qū)⒏邔咏ㄖ纳舷潞奢d進(jìn)行平衡的分配,避免結(jié)構(gòu)形變與受力過度集中在少數(shù)部位,以確保建筑結(jié)構(gòu)的良好穩(wěn)定性。通過采取科學(xué)的設(shè)計(jì)方法和施工技術(shù),例如在梁式轉(zhuǎn)化層中增設(shè)一些管道、通道或者線路,可以滿足建筑物多功能需要,為用戶提供暖氣、水電等保障。目前,國內(nèi)帶轉(zhuǎn)換層高層建筑大多采用了上部剪力墻、下部框架式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其中,框架剪力墻如圖1所示。此類建筑結(jié)構(gòu)需要使用轉(zhuǎn)換構(gòu)件(例如托架式梁)來重新分配結(jié)構(gòu)內(nèi)力,以避免應(yīng)力過度集中而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)形變現(xiàn)象的出現(xiàn)。2.2高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層主要構(gòu)造特點(diǎn)轉(zhuǎn)換層在高層建筑設(shè)計(jì)中獲得了十分普遍的應(yīng)用,構(gòu)造形式也呈現(xiàn)多樣化特征,具體如圖2所示;诋(dāng)前國內(nèi)高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn),梁式轉(zhuǎn)換層占比約為75%、板式轉(zhuǎn)換層占比約12%、桁架式轉(zhuǎn)換層(圖3)占比約為9.4%、箱型轉(zhuǎn)換層占比約為3.6%的。通過實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn),梁式轉(zhuǎn)換層具有以下特征:尺寸相對較大、應(yīng)用十分廣泛、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、便于施工使用、經(jīng)濟(jì)效益較高、性能穩(wěn)定、工程造價(jià)核算便捷等,但如果設(shè)計(jì)不合理,就會影響整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗震效果,并且還會降低內(nèi)部空間利用率。2.3高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層受力特點(diǎn)梁式轉(zhuǎn)換層的主要功能在于維持高層建筑內(nèi)部受力均衡,其能夠?qū)⑸喜棵芗】臻g的豎向載荷傳遞至下部稀疏大空間中,由于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較復(fù)雜,功能也呈現(xiàn)多樣化特征,樓層內(nèi)部荷載在豎向傳遞過程中可能會出現(xiàn)中斷與不連貫的問題,極容易引發(fā)建筑整體結(jié)構(gòu)剛度突變現(xiàn)象。一旦遇到地震災(zāi)害,高層建筑由于下部結(jié)構(gòu)比較疏密,極有可能發(fā)生坍塌和變形故障。所以,在進(jìn)行高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),首先要解決受力均衡問題,以避免內(nèi)部受力傳導(dǎo)不連貫而引發(fā)應(yīng)力突變、結(jié)構(gòu)形變等問題,降低建筑結(jié)構(gòu)破壞風(fēng)險(xiǎn),避免重大生命財(cái)產(chǎn)損失現(xiàn)象的發(fā)生。

  3高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

  3.1轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)在進(jìn)行高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層截面設(shè)計(jì)時(shí),首先需要對梁的受力性能與轉(zhuǎn)換層的受力形式進(jìn)行充分的考慮,之后再選用適宜的計(jì)算方式。轉(zhuǎn)換梁截面主要包括托柱轉(zhuǎn)換梁截面與托墻轉(zhuǎn)換梁截面兩種形式,其中,在進(jìn)行托柱轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)時(shí),需要對其截面尺寸范圍進(jìn)行全面的分析,該梁的受力形式與普通梁的受力形式基本相同,所以,應(yīng)當(dāng)在綜合考慮建筑物配筋情況的基礎(chǔ)上選用合理的計(jì)算方式。如果轉(zhuǎn)換梁的承托為斜桿框架形式,其軸向拉力會對其造成一定的影響,此情況下,設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在分析偏心受拉構(gòu)件原理的基礎(chǔ)上,不斷優(yōu)化截面設(shè)計(jì)。在進(jìn)行托墻形式的轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)對轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作的結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分的考慮,如果還存在深梁,則在進(jìn)行此類截面設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)按深梁截面進(jìn)行設(shè)計(jì),在部分情況下也可采用應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法,但需要依據(jù)特定的設(shè)計(jì)公式計(jì)算縱向鋼筋數(shù)量。此外,對于鋼筋的布置,應(yīng)沿著梁高進(jìn)行。3.2轉(zhuǎn)換層分析計(jì)算方法在完成了轉(zhuǎn)換層整體計(jì)算之后,應(yīng)當(dāng)采用平面有限元計(jì)算軟件對轉(zhuǎn)換層進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算,主要為補(bǔ)充計(jì)算其局部壓力。在進(jìn)行高層建筑轉(zhuǎn)換層局部分析時(shí),需確保轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上樓層與下樓層均在計(jì)算模型中,并且還要充分考慮樓層樓蓋平面內(nèi)剛度,然后依據(jù)轉(zhuǎn)換層實(shí)際情況選擇合理的計(jì)算模型?蛑Ъ袅Φ挠(jì)算相對復(fù)雜,其上部剪力墻需要連接至下面的諸多框支柱,如果存在連接不正確的現(xiàn)象,計(jì)算往往會出現(xiàn)較大的誤差,所以,在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層框支剪力墻計(jì)算時(shí),應(yīng)在上部剪力墻與下部轉(zhuǎn)換柱之間設(shè)置轉(zhuǎn)換梁,以保證轉(zhuǎn)換梁與上部剪力墻可靠連接。3.3轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)高層建筑轉(zhuǎn)換層附近的結(jié)構(gòu)豎向剛度極容易發(fā)生突變問題,豎向抗側(cè)力構(gòu)件部位也極容易發(fā)生不連續(xù)的問題,進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層上下有結(jié)構(gòu)傳力突變問題的出現(xiàn),尤其是在強(qiáng)震作用影響下,建筑物薄弱部位就會相應(yīng)的產(chǎn)生結(jié)構(gòu)傳力突變。要想提升轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的剛度,應(yīng)當(dāng)加大轉(zhuǎn)換層附近結(jié)構(gòu)的構(gòu)件剛度,以確保水平剪力的傳遞,并且還能夠在強(qiáng)震作用下確保結(jié)構(gòu)底層具有一定的延性,避免出現(xiàn)脆性破壞。3.4轉(zhuǎn)換大梁設(shè)計(jì)①在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,為了將轉(zhuǎn)換層樓板上層結(jié)構(gòu)的水平剪力傳遞至下層抗剪結(jié)構(gòu),通常需要承受較大的平面內(nèi)剪力與一些豎向荷載,這就要求樓板要有足夠的剛度與強(qiáng)度。②轉(zhuǎn)換層大梁具有承托建筑上部剪力墻或由柱傳遞的豎向荷載的作用,其自身受力較大,是建筑整體結(jié)構(gòu)抗震的重要部位,所以,在進(jìn)行整體轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),必須重視轉(zhuǎn)換大梁設(shè)計(jì)。3.5轉(zhuǎn)換層抗震設(shè)計(jì)在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),由于設(shè)置了轉(zhuǎn)換層,沿著建筑物高度方向剛度的均勻性會受到較大的影響,轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)豎向承載力構(gòu)件不連續(xù)與墻、柱截面的突變,還會導(dǎo)致傳力路線曲折等現(xiàn)象的出現(xiàn),所以轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震性能大多較差。此情況下,為了確保轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的安全性,應(yīng)當(dāng)在建筑物的3層及以上部位布設(shè)部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層,此方面目前已有相關(guān)規(guī)定。對于建筑轉(zhuǎn)換層的框支柱、底部剪力墻的抗震等級,應(yīng)當(dāng)按照《高規(guī)》中的相關(guān)規(guī)定提高一級使用,如果已經(jīng)為特一級,不應(yīng)再提高。同時(shí),還應(yīng)積極實(shí)施提升相關(guān)構(gòu)件抗震性能的抗震構(gòu)造措施。對于高層建筑底部轉(zhuǎn)換層框架,如果核心筒結(jié)構(gòu)與外圍是密柱框架的筒中筒結(jié)構(gòu),可不提高結(jié)構(gòu)的抗震等級。此外,在進(jìn)行抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度地區(qū)的抗震設(shè)計(jì)時(shí),還應(yīng)當(dāng)對豎向地震作用的影響進(jìn)行充分的考慮。3.6樓板設(shè)計(jì)一般情況下,高層建筑結(jié)構(gòu)的上部水平剪力需要通過轉(zhuǎn)換層傳遞至下部結(jié)構(gòu)中,轉(zhuǎn)換層樓面在其平面內(nèi)受力較大,使得樓板存在較明顯的變形現(xiàn)象,所以應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層樓面的厚度,可采用厚度不低于180mm的現(xiàn)澆板,可促進(jìn)轉(zhuǎn)換層平面內(nèi)剪力的重新分配,并且還可增強(qiáng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換大梁的側(cè)向剛度與抗扭能力,使得實(shí)際情況更加符合高層建筑結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中樓層剛度無限大的基本假設(shè)。如果混凝土強(qiáng)度大于C30,并且采用雙向雙排鋼筋網(wǎng)時(shí),需確保每一排鋼筋的配筋率大于0.25%。此外,轉(zhuǎn)換層樓板部位不應(yīng)當(dāng)存在較大的開洞,在進(jìn)行開洞作業(yè)時(shí),應(yīng)當(dāng)在洞口周圍設(shè)置次梁或暗梁,樓板開洞位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離外側(cè)邊,并且適當(dāng)加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層相鄰層的樓板。

  4結(jié)束語

  綜上所述,在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,通過梁式轉(zhuǎn)換層的合理應(yīng)用,可提升項(xiàng)目建設(shè)指標(biāo),確保高層建筑的穩(wěn)定性。同時(shí),梁式轉(zhuǎn)換層還可獲得顯著的效益,所以,在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)當(dāng)充分利用梁式轉(zhuǎn)換層,以保證高層建筑具備穩(wěn)定的應(yīng)力結(jié)構(gòu)。此外,在高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)單位必須嚴(yán)格遵循相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范,避免設(shè)計(jì)問題的出現(xiàn),優(yōu)化高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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