对框剪结构中带转换层的设计分析

时间:2022-06-05 03:19:17

对框剪结构中带转换层的设计分析

【摘要】框剪结构又被称为框架-剪力墙结构。该结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙,构成灵活自由的使用空间,满足不同建筑功能的要求,足够数量的剪力墙使建筑本身拥有相当大的刚度。主要适用于水平荷载较大以及平面布置较为繁杂的高层建筑。框剪结构是由框架机构以及剪力墙机构两种体系构成,具有良好的抗侧力性。本文主要针对框剪结构中转换层的设计进行分析。

【关键词】框剪结构;转换层;建筑

中图分类号:TU318 文献标识码:A 文章编号:

0.引言

随着我国建筑行业的发展,多功能、体型复杂已经成为我国建筑的特点。在复杂的结构体系中,框剪结构结合了框架结构与剪力墙结构的优点,框架主要是用来承担竖向载荷,剪力墙主要用来承载水平荷载。从结构受力的情况看,因为建筑结构的下部楼层受力较大,而上部楼层受力小,建筑的正常需求为下部刚度强,柱网密,到建筑上部时逐渐减少墙与柱的量[1]。由于结构受力角度的要求和空间的要求与建筑功能是相反的,为了满足建筑功能的需求,就需要对结构进行“反常规设计”。为了保证结构布置的内力拥有稳定的传力途径,就需要在结构转换的楼层设置水平转换构件,即转换层结构。

1.框剪结构概述

框剪结构又被称为框架-剪力墙结构。框剪结构是由框架机构以及剪力墙机构两种体系构成,具有良好的抗侧力性。该结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙,构成灵活自由的使用空间,满足不同建筑功能的要求,足够数量的剪力墙使建筑本身拥有相当大的刚度。主要适用于水平荷载较大以及平面布置较为繁杂的高层建筑中。

2.转换层对于框剪结构的受力影响

2.1高度对框剪结构的影响

首先是转换层高度变化对于框支剪力墙结构的剪力分布以及传利途径产生的影响。当转换层处于较高的位置时,促使剪力分布突变剧烈的原因为单片落地剪力墙的转角会跟随转换层位置的提升而加增大,单片框支剪力墙的变形曲线会跟随转换层位置的提升呈现出转折,使转换层的下部框架变形曲线和转换层上部剪力墙变形曲线产生差距。落地墙与框支墙的变形能够通过弹性楼板的协调而逐渐接近,最终导致剪力的分布出现突变。此时可通过调整转换层下部落地剪力墙等减小转角,降低剪力分配突变的问题。

其次是转换层高度的变化对于框支剪力墙结构在转换层附近刚度突变产生的影响。转换层在3层以上时,很容易使框支剪力墙结构在转换层临近层间的位移角产生突变。控制转换层下部的框架-剪力墙结构的等效刚度与相同高度剪力墙相等,因此,对于转换层位置较高的框支剪力墙结构来说,控制等效刚度是非常重要的。

第三,较高转换层的框支剪力墙容易产生薄弱层。在设计的过程中,对于底层框支剪力墙结构体系来说,其应当具备基本的抗震设计理念,保证底层结构的强度以及刚度,促使结构在发生地震的情况下屈服发生在转换层以上的剪力墙结构,底层结构不会屈服,只会产生一些少量的裂缝[3]。当转换层位置在较高的情况下,很容易使框支剪力墙结构在转换层附近的传力途径、刚度以及内力产生突变,形成薄弱层,不能有效的抵抗地震,因此在设计的过程中应当控制转换层的高度。

第四,转换层高度的变化会对框支剪力墙结构的传力途径以及结构倾覆力产生影响。倾覆力矩分布曲线会在转换层位置进行转折。转换层下部主要是以剪力墙为主,落地剪力墙的倾覆力矩是由转换层向下递增的,而支撑框架的倾覆力矩的递增量却较小。

2.2刚度对框剪结构的影响

经研究发现,当剪力墙刚度的衰减程度达到43%-49%时,整体剪力墙竖向配筋能够保持不变(主要由构造配筋率决定),而剪力墙水平分布筋的配筋率大约只能增加8.1%-9.9%,总框架的配筋率能够增加6.0%-6.8%[3]。在经验设计的范围内,上述配筋率的增加较少,而此时剪力墙混凝土的使用量会大大减少。剪力墙的刚度突变会使剪力墙以及范围内梁柱的配筋率增加,在转换层内凸现出来。但距离转换层较远时,产生的影响会逐渐减少,还可能改善抗震性,这是由于刚度的降低会促使地震反应减少。为了保证建筑下部整体结构具有合适的抗震性、强度以及刚度等,应当考虑增加转换层下部主体结构的刚度,尽量减小转换层上部结构的刚度,使得转换层上下部主体结构的变形特征以及刚度相似。通常情况下,上下层的刚度比应当接近1,且不能大约2,如此便可避免竖向的刚度过于悬殊而导致地震反应强烈,同时也可以通过提升下部空间的混凝土强度,或者加大剪力墙的厚度等措施来控制刚度比。

3.设计要点控制策略

在设计的过程中,首先需注意对高位转换框支柱的处理。因为框支柱的配筋、内力以及轴压比要求都非常严格,关系到经济以及安全等问题,因此需要严格注意。通常情况下,框支柱应当控制在四到五层内,且不能大于七层,而另外的柱应当按照框架柱处理。目前对于转换层的设置通常在三到五层,则转换层下的柱应当按照框支柱进行处理。

其次需注意厚板转换层。目前多数商住楼的上层结构轴线还未统一,转换梁无法设置,此时就会设置厚板转换层,厚度约为2-2.4m。假若发生地震,厚板集中了很强的刚度以及质量,反映将会非常强烈,板身承受力较大,且相邻的上下层也会出现震害。因此在竖向力以及地震力的作用下,板可能会出现剪切破坏,因此,板内需要三厢配筋。且厚板转换层的施工较为复杂,造价较高,应当谨慎使用[4]。

第三,需优化配置。在进行抗震设计的过程中,建筑功能需要进行高危转换,转换的结构应当采用不能引起框支柱柱顶弯矩过大或者柱剪过大的结构,可选择宽扁梁以及斜腹杆桁价等,要注意满足强度和刚度来避免出损坏情况的出现。

第四、需控制转换的次数。在对转换层上下主体竖向结构进行布置时,要尽量的将上下主体竖向结构布置出连续贯通的形式。对于核心筒框架要进行严格的控制,核心筒应当保持上下贯通。

第五、需注意轴压比限值与短柱。运用转换层后,高层建筑底部的柱子将会承受上部结构的荷重。因为柱矩会受到建筑功能的影响,柱截面还需满足轴压比和上下层剪切刚度比的需求,所以柱子采用了不利于抗震的短柱。由于大幅度增加层高不能实现,因此在设计中需要对其严格注意。

第六、注意传力的需求。在对转换层上下主体竖向结构时,要尽量使水平转换结构直接传力,避免复杂转换、不合理、对抗震不利以及不经济的厚板转换。剪力墙的结构应当设置在托梁的中面上,以免托梁出现大的扭矩和地震发生时出现震害。因此应当注意剪力墙托梁的偏心以及间接传力。

4.结语

在对建筑进行设计的过程中,需要从经济、安全以及使用功能等方面进行考虑,转换梁刚度值以及转换层安置的位置以及形式都是非常关键的。在对结构进行分析的过程中,必须严格注意转换层垂直所带来的影响,以及转换层结构、变形和剪切度对结构所产生的影响。在工程造价允许的情况下选择受力明确以及传力直接的转换层结构形式,这样才能最大限度的保证转换层的稳定性,提升建筑质量。

【参考文献】

[1] 冯兴,张瑞云,王慧东,庄园方,李全新. 转换层位置对高层建筑结构地震反应影响的研究[J]. 国防交通工程与技术. 2006(04)

[2] 熊进刚,吴晓莉,程文瀼,陈礼建,杨建明. 有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究[J]. 工业建筑. 2001(06)

[3] 梁炯丰,杨泽平,李建海,包媛媛,张静林. 侧向刚度对高位拱式转换层结构抗震性能的影响[J]. 世界地震工程. 2010(02)

[4] 徐培福,王翠坤,郝锐坤,肖从真,刘元鑫,张佳琪. 转换层设置高度对框支剪力墙结构抗震性能的影响[J]. 建筑结构. 2000(01)

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