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      帶轉(zhuǎn)換層高層轉(zhuǎn)換構(gòu)件設(shè)計(jì)及抗震性能研究

      2018-04-26 10:29:22黃文生
      建材與裝飾 2018年14期
      關(guān)鍵詞:梁式厚板烈度

      黃文生

      1 引言

      現(xiàn)階段,隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展,由傳統(tǒng)的大規(guī)模校區(qū)開展逐漸發(fā)展為小規(guī)模的幾棟建筑物組團(tuán)開發(fā)的形式,由原本單純的住宅加公共配套設(shè)施轉(zhuǎn)變?yōu)樯虡I(yè)和住宅一體化的模式。為了適應(yīng)這種轉(zhuǎn)變的需要,要求建筑物商業(yè)的部分跨度、高度更大,靈活性更高,住宅的部分要求具有更加明顯的分區(qū),保證各套住宅之間的獨(dú)立性。因此,帶轉(zhuǎn)換層高層建筑受到人們的廣泛歡迎。

      2 轉(zhuǎn)換層概述

      轉(zhuǎn)換層是指設(shè)置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件的樓層,包括水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件和下部的豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件,不僅包括轉(zhuǎn)換樓板、轉(zhuǎn)換梁等水平構(gòu)件,也包括以下的框架柱和剪力墻等構(gòu)件,圖1為轉(zhuǎn)換層示意圖。

      圖1 轉(zhuǎn)換層示意圖

      現(xiàn)階段,將轉(zhuǎn)換層分為梁式轉(zhuǎn)換、厚板轉(zhuǎn)換和桁架轉(zhuǎn)換三種形式。

      (1)梁式轉(zhuǎn)換層。該形式因其設(shè)計(jì)難度較低、梁式轉(zhuǎn)換受力較為明確,是高層建筑中較為常用的一種轉(zhuǎn)換層類型。當(dāng)轉(zhuǎn)換層的上下結(jié)構(gòu)布置較為規(guī)整,且上部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件和下部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的軸線相互重合或者非常相近時(shí),采用梁式轉(zhuǎn)換。

      (2)厚板轉(zhuǎn)換層。厚板轉(zhuǎn)換是指將上部塔樓的豎向構(gòu)件直接支承在厚板上,運(yùn)用該種方式使得上部的塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)置更加靈活。適用于豎向結(jié)構(gòu)錯位較大的情況。

      (3)桁架轉(zhuǎn)換層。桁架轉(zhuǎn)換層的受力情況和梁式轉(zhuǎn)換相似,是加強(qiáng)版的梁式轉(zhuǎn)換,當(dāng)所要支承構(gòu)件的中心線和上弦桿的中心線錯位較小時(shí),可采用桁架轉(zhuǎn)換。桁架轉(zhuǎn)換也分為多種形式,例如鋼桁架、斜桿桁架以及空腹桁架等,具有良好的抗震性能。

      3 工程概況

      某高層建筑總高度為98m,其中包括住宅23層和裙樓4層,A塔和B塔采用對稱設(shè)計(jì)。塔樓的主要用作住宅,為了保證塔樓住宅的規(guī)整性、私密性和視覺效果,采用純剪力墻結(jié)構(gòu)。裙樓主要用于商業(yè)活動,為了滿足商業(yè)靈活性的需要,應(yīng)該設(shè)置成大開間,采用純框架結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)塔樓和裙樓結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換,應(yīng)該在該高層建筑中設(shè)置轉(zhuǎn)換層,根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求,將該高層建筑的轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第五層的位置。

      4 帶轉(zhuǎn)換層高層轉(zhuǎn)換構(gòu)件設(shè)計(jì)

      4.1 轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)

      從受力方面來說,轉(zhuǎn)換梁和一般的框架或者次梁之間具有本質(zhì)的區(qū)別。根據(jù)構(gòu)件的分類可知,一般梁分為壓彎構(gòu)件,即主要承受壓力和彎矩。在建筑結(jié)構(gòu)方面,框架梁的主要作用是和框柱形成一個整體,從而進(jìn)行傳導(dǎo)荷載,次梁主要用于承受上一層樓的墻體荷載。

      轉(zhuǎn)換梁的主要作用是支承上部的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,并不是形成框架或者承受砌體墻荷載。該工程的轉(zhuǎn)換梁主要承受上方剪力墻直接傳遞來的線荷載,也可以看作是集中力。所以轉(zhuǎn)換梁的荷載并不是彎矩,而是剪力。轉(zhuǎn)換梁的彎矩圖較為接近直線,與一般梁彎矩圖的曲線不同,十分接近簡支梁在集中荷載作用下的彎矩圖的形狀。

      該工程轉(zhuǎn)換層以上的住宅為23層,轉(zhuǎn)換梁承受較大的荷載,因此,應(yīng)該通過增加梁高和梁寬度的方式,不斷的提升其承載力。該工程上部的剪力墻支承在轉(zhuǎn)換梁上,在支承的附近有較為明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象,最大內(nèi)力出現(xiàn)在支承處和支座位置。因此,本工程在建立完成梁式轉(zhuǎn)換層以后,在構(gòu)件錯位處布置好剛性桿,然后調(diào)整相應(yīng)的參數(shù),將相應(yīng)的樓層設(shè)置為轉(zhuǎn)換層后,將相應(yīng)的梁設(shè)置成轉(zhuǎn)換梁后,通過相應(yīng)的軟件進(jìn)行計(jì)算即可。

      4.2 轉(zhuǎn)換厚板設(shè)計(jì)

      若本工程采用轉(zhuǎn)換厚板設(shè)計(jì),那么相對于梁式轉(zhuǎn)換來說,具有更高的復(fù)雜性。這是由兩個方面的原因決定的:①由于在進(jìn)行有限元分析時(shí),混凝土樓板較混凝土梁更加復(fù)雜;②厚板轉(zhuǎn)換本身的受力不合理,傳力路徑比梁式轉(zhuǎn)換更加復(fù)雜。因此,本文對轉(zhuǎn)換厚板設(shè)計(jì)從以下三個方面,進(jìn)行簡要的分析。

      (1)進(jìn)行有限元分析,通過對只計(jì)算自重、附加恒載以及活載時(shí)的撓度值,分析和判斷模型的準(zhǔn)確性。

      (2)利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件,對厚板抗沖切、剪切等問題進(jìn)行復(fù)核。

      (3)通過進(jìn)行建模分析,對樓板最大的應(yīng)力和應(yīng)變值進(jìn)行復(fù)核,判斷其是否超過應(yīng)力和極限應(yīng)變。

      5 抗震性能研究

      5.1 地震的成因

      地震的成因分為構(gòu)造地震和非構(gòu)造地震兩種,構(gòu)造地震就是指由于地區(qū)內(nèi)部的巖層構(gòu)造發(fā)生錯動而產(chǎn)生的地震,地球響超過90%的地震都是構(gòu)造地震。非構(gòu)造地震是指由于火山爆發(fā)、巖層坍塌或者抽水注水等引起的地震,該種地震發(fā)生的頻率較小,影響范圍相對構(gòu)造地震來說也較小。本文主要研究構(gòu)造地震下的帶轉(zhuǎn)換層高層建筑的抗震性能。

      5.2 地震波、震級和烈度

      5.2.1 地震波

      地震波是指從震源位置產(chǎn)生并向四周輻射的彈性波,當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生以后,震源區(qū)的介質(zhì)將會發(fā)生急速的破裂和運(yùn)動,這種波動現(xiàn)象將會形成一個波源。受到地球介質(zhì)連續(xù)性的影響,這種波動會向地球內(nèi)部和表層的各個方向傳播,從而形成彈性波。根據(jù)傳播方式,將地震波分為縱波、橫波和面波三種,縱波是推進(jìn)波,在地殼中的傳播速度為5.5~7km/s,會使地面發(fā)生上下振動,破壞性不強(qiáng)。橫波是剪切波,在地殼中的傳播速度為3.2~4.0km/s,使地面發(fā)生前后左右的抖動,具有將強(qiáng)的破壞性。面波是縱波和橫波在地表相遇以后形成的混合波,是導(dǎo)致建筑物強(qiáng)烈破壞的主要因素。

      5.2.2 震級

      震級是指地震規(guī)模的大小,地震越大,震級的數(shù)字越大,現(xiàn)階段世界已知的最大震級為9.5級。震級和烈度不同,震級表示地震本身的強(qiáng)弱,與震源發(fā)出的地震波能量相關(guān),震級越大的地震,釋放越多的能量,震級越小的地震,釋放的能量較小。我國一般采用里氏震級,小于2.5級的地震為小地震,在2.5~4.7之間的地震稱為有感地震。震級每相差1.0級,能量相差大約30倍。

      5.2.3 烈度

      地震烈度是指地震對地面和房屋建筑物受到影響的破壞程度。同一地震,不同地區(qū)受到地震影響的破壞程度不同,地震的烈度也不相同??梢愿鶕?jù)人的感覺或者物品的振動破壞情況,判斷烈度的大小。一般情況下,距離震源越近,破壞絕大,烈度較大。

      5.3 抗震設(shè)計(jì)基本要求

      對于地震烈度大于Ⅵ度的地區(qū),應(yīng)該根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),在確定抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),如果標(biāo)準(zhǔn)較高,將會提升建筑物的造價(jià),如果標(biāo)準(zhǔn)較低,將會導(dǎo)致建筑物的安全性不夠。因此,我國利用根據(jù)建筑物的重要性分類以及三水準(zhǔn)設(shè)防和來那個階段設(shè)計(jì)的抗震設(shè)計(jì)基本要求。三水準(zhǔn)是指小震不壞、中震可修和大震不倒。

      (1)在第一水準(zhǔn)小震不壞烈度下,建筑結(jié)構(gòu)處于正常的使用狀態(tài)。

      (2)第二水準(zhǔn)中震可修的烈度為基本烈度,在此種情況下,建筑結(jié)構(gòu)處于非彈性工作階段,需要在可修復(fù)范圍內(nèi)。

      (3)第三水準(zhǔn)大震不倒,為罕遇烈度,在此種情況下,建筑結(jié)構(gòu)具有較大的非彈性形變,但不會出現(xiàn)倒塌。

      通過以上分析可知,在建筑結(jié)構(gòu)的中間位置設(shè)置轉(zhuǎn)換層以后,建筑結(jié)果的豎向構(gòu)件被打斷,上部的荷載必須先傳遞到轉(zhuǎn)換層的構(gòu)件之上,再通過轉(zhuǎn)換層構(gòu)件向下傳遞,傳力不合理。因此,必須做好該高層建筑的大震彈塑性變形驗(yàn)算。

      5.4 抗震性能研究方法分析

      現(xiàn)階段,存在以下三種建筑物的抗震性能分析研究方法:①小震和中震彈性分析,也稱為反應(yīng)譜分析法。②大震彈塑性分析的靜力彈塑性分析方法,也成為精力推覆分析法。③大震彈塑性分析的動力彈塑性分析方法。一般的建筑物只需要采用第一種方法,即反應(yīng)譜分析法,對于高度較大且豎向和平面布置不規(guī)則的建筑,不僅應(yīng)該采用第一種反應(yīng)譜分析法,還應(yīng)該進(jìn)行大震彈塑性分析的靜力或者動力彈塑性分析方法。

      6 結(jié)束語

      綜上所述,隨著現(xiàn)代建筑行業(yè)的不斷發(fā)展,帶轉(zhuǎn)換層高層建筑將會越來越普遍,這對轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)提出了更高的高求。對此,本文分析了帶轉(zhuǎn)換層高層轉(zhuǎn)換構(gòu)件設(shè)計(jì)及抗震性能的研究分析,為帶轉(zhuǎn)換層高層建筑的設(shè)計(jì)提供了一些建議。

      [1]李濤.帶轉(zhuǎn)換層高層轉(zhuǎn)換構(gòu)件設(shè)計(jì)及抗震性能研究[D].廣州大學(xué),2016.

      [2]伊爽.某帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2016(s1):289~293.

      [3]鄧小波,陳銳林,胡迪,等.結(jié)構(gòu)等效剛度比對帶轉(zhuǎn)換層的L型高層建筑結(jié)構(gòu)抗震影響[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自科版),2017,27(3):89~94.

      [4]石楷鋒.某帶轉(zhuǎn)換層和錯層的高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能分析[J].工程與建設(shè),2016,30(3):365~367.

      [5]茹國和,RUGuohe.桁架式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在超限高層建筑中的抗震性能研究[J].建筑施工,2016,38(2):237~239.

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