刍议高层建筑转换层结构施工技术

发布于:2021-06-24 17:35:24

刍议高层建筑转换层结构施工技术 摘要:随着我国高层建筑功能的日趋多样化,转换层的应用越来越广。本文 主要阐述了转换层的建筑功能, 分类及结合工程实例来说明了转换层结构的设计 中 相应的措施。 关键词:高层建筑;转换层;结构设计 引言 高层建筑下部受力大,上部受力小,传统的结构设计布局多是下部刚度大、墙 多、柱网密,再逐渐向上扩大轴线间距,减少墙的数目(如图 1 所示)。但现代高层 建筑为满足其多功能、综合用途的特点,传统的布局方式已无法满足,例如,下部楼 层用作百货、餐厅,中部用于办公,而上部用于住宿,这则使得楼层空间自下而上逐 渐见效,布局与传统的自然布置趋势相悖。为实现这类设想,就必须在结构转换的 楼层设置转换层(如图 2 所示)。 图 1 正常的结构布置方式 1 、转换层的建筑功能及分类 1.1 转换层的建筑功能 1.1.1 可以提供较大的室内空间底层大空间剪力墙结构可以在建筑物下部形 成一层或多层的大空间,剪力墙间距小,适合于布置旅馆的客房。当需要在底层布 置百货商场、会议厅等需要较大空间的房间时,可以将部分剪力墙通过转换层变 为框支剪力墙,用框架柱代替剪力墙以满足建筑功能的需求。例如,广东肇庆的星 湖大酒店,6 层以上为客房,采用剪力墙结构,5 层转换为下层框架,提供公用部分的 大空间。 图 2 具有转换层的结构布置方式 1.1.2 为建筑物提供大的出入口 当采用外框筒时,传统的外筒柱距往往在 0.3m 以内,无法提供建筑物的较大 出入口,因此必须在下层部分通过转换层改变柱距,以形成比较大的出入口。外框 筒的转换层可以采用如转换梁、转换觲架等多种形式。深圳华侨酒店、北京国际 贸易中心国际旅馆都采用了转换层技术实现大出入口。 1.2 转换层结构的分类 1.2.1 预应力梁式转换结构 该结构适合上部层数较多、荷载较大、跨度较大的转换层。多在非抗震设计 或 6-8 度抗震设计的高层建筑中使用。 其原理是在现浇钢筋混凝土的楼板上布置 托梁, 用以承担本层上面各层的承重柱和剪力墙,可以是单向托梁、双向托梁,也 可以是斜向托梁。该结构具有受力明确、设计施工简单的优点,是目前应用最为 广泛的转换层结构。澳大利亚墨尔本 CollinsPlace 大厦在 34 层以下为办公楼,中 央为核心电梯井,到 35 层以上取消了电梯筒形成内庭大空间,采用预应力大梁承 托上部旅馆楼层,转换大梁截面尺寸 0.76m 1.52m,曲线预应力配筋。 1.2.2 桁架和斜柱转换层结构 当底部大空间楼层的柱距较大时,转换梁的高度长达到楼层的高度,转换大梁 工作性质决定了它不能开大的空洞,因而转换层的空间无法利用。采用桁架式转 换层,可以方便地设置通道和门窗,使转换层的空间可以作为建筑用途(如图 3 所 示)。桁架转结构在国外应用很广泛,例如东京 NEC 大厦,采用钢桁架承托上层框 架柱,形成宽度为 44 米的大空间。 图 3 转换桁架工作机理简图 桁架转换层的另一种类似形式是斜柱转换,也称合柱转换, 即上层若干小柱 距的柱子到下层合并为一根大柱子, 以取得较大柱距。 1.2.3 箱型结构转换层 框支剪力墙结构在框架和剪力墙的交界处用一大截面的托梁来过度。 而箱型 刚性转换层体系则通过一整层来实现上下不同结构形式的转换。 在这一转换层中, 楼层上下面的同一轴线上均设一道大梁,梁间是钢筋混凝土墙,构成了类似于桁架 的大型组合梁结构。纵横两向的组合梁交叉成梁格,大部分交叉处有底层通上来 的柱子,过渡层的底板和顶板都是钢筋混凝土厚板,这样便形成了一个箱型刚性层, 由于其自身刚度大,且结构尺度大,可作为一个整体来承受外力作用。 1.2.4 厚板转换层结构 当上部结构与下部柱网轴线错开,难以布置转换梁和桁架时,厚板转换层能够 解决这一难题(如图 4 所示)。 特别是体型复杂的商住楼,上部住宅单元布置很不规 则,而下部商场要求规则大柱网,只能通过转换板来传递。但是,厚板转换层结构是 一种对抗震很不利的复杂结构体系,在不得已时才能采用,一般的厚板重量达数千 吨,这样大的质量集中在建筑物的中部 ,震动性能极为复杂, 容易产生底部变形集 中和震害。 图 4 厚板转换层结构 2 工程实例 2.1 工程概况 某大厦是由某省建筑设计院设计,工程总建筑面积 5.7 104m2,地下 2 层,地上 32 层,高度 109m,基本风压为 0.5kN/m2,设防烈度 7 度,类场地。 按照使用要求和结 构形式,该工程采用钢筋混凝土结构,沿竖向分为四个部分。 (1)底部:由地下室至地上四层,为三角形大底盘,地下为停车场和备用房,地上 为商用场和娱乐中心,除与主体塔楼相应处由剪力墙连成中筒外,三角形的三个角 部亦设有部分剪力墙,形成框架- 剪力墙结构,其中塔楼下的柱为框支柱。 (2)中部:5 至 11 层,由大底盘向内缩进,为办公用房,由柱及中筒组成框架-剪力 墙结构。 (3)转换层:12 层为结构高度 2900mm 的箱型转换层,箱底标高为 43.40m。 (4)上部:13 至 30 层为公寓,是两个项链的十字形塔楼,采用剪力墙结构。 2.2 箱型转换层设计 2.2.1 该工程转换层面临的主要问题 该工程中转换层位置很高,达 12 层,高 43. 4m,其上为剪力墙,其下为大空间层, 建筑物重心上移,对抗震不利; 上部剪力墙轴线与下部轴线不能完全对应 ,如上部 外墙中心线在下部框支柱中心线以外 1500mm, 所以,有些墙要通过梁搭梁,甚至 挑梁的办法间接传给下部框支柱上 ,不能形成*面框支柱, 计算难以解决 ,而且上 部墙对沿框支柱中心设置的框支梁产生较大的扭矩;一般框支梁上部一层墙体应 力复杂,不宜设边门洞及中柱上方开门洞, 但上部公寓的*面布置与此矛盾 ;从建 筑里面要求 ,转换层下一层局部外露 , 故转换层底面要用吊顶或板封闭 , 但考虑厚 板转换层很重,设在 40m 以上的高空处对抗震不利,同时板式转换层结构材料用量 大,造价较高,其抗震问题还需

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