转换层(加强层)结构形式及设计要点

研究生开开题报告告转换层（（加强层层）结构构形式及及设计要要点主讲：黄黄桂新导师：吴吴韶源研究生开开题报告告转换层（（加强层层）结构构形式及及设计要要点课题来源源转换层（（加强层层）结构构定义及及形式转换层结结构设计计原则转换层结结构的计计算模型型转换层结结构的设设计控制制展望一、课题题来源图1.1桁桁架转换换形式1图1.2桁架转换换形式2Whichisbetter？？关键杆件件关键杆件件一、课题题来源结构形式比较项次二层边柱底端二层中柱底端端部斜撑杆中间斜撑杆形式1轴力（KN）-4483-498-24912008形式2-4461385-3002628形式1弯矩（KN·m）1992819.6-21形式243.53274274形式1剪力（KN）72-403.24.0形式2801631.61.6SATWE计算结果果对比相差3倍倍多大偏拉柱柱，配筋筋大一、课题题来源图1.3桁架转换换形式1图1.4桁架转换换形式2两种形式式结构的的优缺点点有哪些些？高位转换，，不利受拉柱外推柱低位转换受压柱内拉柱二、转换层层（加强层层）结构定定义转换层——在高层建筑筑结构的底底部，当上上部楼层部部分竖向构构件（剪力力墙、框架架柱）不能能直接连续续贯通落地地时，应设设置结构转转换层，在在结构转换换层布置转转换结构构构件。（高高规10.2.1）何为加强层层呢？二、转换层层（加强层层）结构定定义加强层——当框架-核心筒、筒筒中筒结构构的侧向刚刚度不能满满足要求时时。可利用用建筑避难难层、设备备层空间，，设置适宜宜的水平伸伸臂构件，，形成带加加强层的高高层建筑结结构。（高高规10.3.1）无外伸桁架架时，框架架梁的变形形大，不能能有效地把把力传递给给框架柱。。有效地把力力传递给框框架柱框架梁变形形大二、转换层层（加强层层）结构定定义设置刚臂连连接芯筒和和外框架，，增加抗推推刚度(抵抗倾覆)周边住左边边受拉右边边受压二、转换层层（加强层层）结构定定义广州西塔二、转换层层（加强层层）结构定定义广州西塔二、转换层层（加强层层）结构定定义转换层与加加强层两者相似之之处：结构形式类类似（《高高规》10.2.4和10.3.1条条）均需要占用用1-2层的高度（（因而称为为”层”）转换层与加加强层两者不同之之处：转换层：由于建筑使使用功能的的改变导致致结构布置置的改变，，此时需要要设置转换换层衔接上上、下梁部部分不同的的结构。多为桥式结结构加强层：因结构本本身刚度和和整体性的的需要而设设置。加强构件-伸臂。二、转换层层（加强层层）结构形形式《高规》第10.2.4条：转换结构可可以采用转转换梁、桁桁架、空腹腹桁架、箱箱型结构、、斜撑等。。《高规》第10.3.1条：水平伸臂构构件、周边边环带构件件可采用斜斜腹杆桁架架、实体梁梁、箱型梁梁、空腹桁桁架等形式式。二、转换层层（加强层层）结构形形式转换层（加强层））结构形式用的较少，，不适用加加强层二、转换层层（加强层层）结构形形式梁式转换结结构1、《高规》10.2.10条，转换层上部部的竖向抗抗侧力构件件（墙、柱柱）宜直接落在转转换层主结结构上。2、《高规》10.2.16条，B级高度框支剪剪力墙高层层建筑的结结构转换层层，不宜采用框支主主、次梁方方案。优点：设计、施工工简单，受受力明确。缺点：受剪承载力力来控制，截面尺寸较较大；由于梁很强强，处理不不好可能与与框支柱行行程“强梁弱柱”现象，对对结构抗震震不利；转换梁的通通风、采光光均不利；；二、转换层层（加强层层）结构形形式梁式转换结结构——深深圳海滨花花园二、转换层层（加强层层）结构形形式梁式转换在在实际工程程中运用如如此多二、转换层层（加强层层）结构形形式宽扁梁转换换结构1、研究表明明，转换梁梁宽而扁，，刚度适当当弱化，组组合效应较较小，较为为有利，且且愈是高烈烈度区，弱弱化转换梁梁刚度愈有有利。2、应双向设置置宽扁梁，，以扩大外外核心区范范围，保证证外核心受受扭承载力力。设计要点对于柱支剪剪力墙宽扁扁梁转换结结构，梁高高宜满足跨跨高比《10，设计计尚应注意意转换层上上层的柱支支剪力墙截截面不能过过大削弱；；对于托柱转转换宽扁梁梁转换结构构，梁高宜宜满足跨高高比《10；对于托墙转转换宽扁梁梁转换结构构，梁高宜宜满足跨高高比《8；；工程实例：：深圳五洲洲宾馆二、转换层层（加强层层）结构形形式宽扁梁转换结构———深圳五五洲宾馆二、转换层层（加强层层）结构形形式厚板转换结结构1、《高规》10.2.4条，非抗震设计计和6度抗抗震设计可可采用；7、8度抗抗震设计的的地下室转转换构件可可采用厚板板。注：厚板转转换层结构构，目前缺缺乏完善的的分析方法法，应尽量量避免采用用。2、通常2~3m厚。只有在在上下结构构明显不协协调，无法法采用其他他方法时才才会使用。。由于自重重较大，传传力不明确确，对抗震震不利。优点：下层柱可灵灵活布置，，无需与上上部结构对对齐。缺点：自重大且用用料多；不适宜抗震震设防烈度度6度以上上高层；二、转换层层（加强层层）结构形形式厚板转换结结构——河南金金融广场二、转换层层（加强层层）结构形形式箱形转换结结构1、《高规》10.2.13条，箱行转换结结构上、下下楼板厚度度均不宜小小于180mm，应根据转转换柱的布布置和建筑筑功能要求求设置双向向横隔板；；上、下板板配筋设计计应同时考考虑局部弯曲和和整体弯曲曲的影响，横横隔板宜按按深梁设计。2、截面高度一般为跨度的1/8~1/5；腹板一般最小厚度400mm；下部支撑结结构的柱和和墙要延伸伸到箱形楼楼盖的顶板板。优点：上下两层楼楼板作为翼翼缘，中间间设置若干干腹板(看似剪力墙墙，但工作作状态不同同)构成。其承载能力力比梁式大大得多。缺点：自重大且用用料多；计算分析也也较复杂；；二、转换层层（加强层层）结构形形式预应力箱形形转换结构构——东莞大大剧院二、转换层层（加强层层）结构形形式桁架转换结结构1、《高规》10.2.27条，转换构件采采用桁架时时，转换桁桁架斜腹杆杆的交点、、空腹桁架架的竖腹杆杆宜与上部部密柱的位置重合；转换桁架架的节点应应加强配筋筋及构造措措施。2、斜撑可以受受压也可以以受拉，混混凝土宜以以受压为主主，受拉时时可以考虑虑采用型钢或预应应力混凝土土构件。优点：斜撑的优点点之一是传传力路线明明确。缺点：斜柱在其与与竖柱相交交处产生水水平分力作作用于楼层层，对该水平力力最好的处处理办法是是设法在最最短的传力力途径上予予以平衡消消失；建筑空间问问题；二、转换层层（加强层层）结构形形式桁架转换结结构——深圳国国检大厦二、转换层层（加强层层）结构形形式空腹桁架转转换结构1、《高规》10.2.15条，采用空腹桁桁架转换层层时，空腹腹桁架宜满满层设置，，应有足够的刚度度。空腹桁架架的上、下下弦杆宜考考虑楼板作作用，并应应加强上、、下弦杆与与框架柱的的锚固连接接构造；2、计算应取消消刚性楼板板，按弹性性楼板计算算。优点：不影响建筑造型和采光光。内力计算算较为简单单，节点处处理比较简简单，传递递路径比较较明确。缺点：无斜杆，水水平荷载作作用下，桁桁架层剪力力主要由腹腹板柱承受受；建筑跨度较较大时，竖竖向荷载作作用下往往往产生过大大的挠度，，影响使用用；三、转换层层结构设计计原则减少转换传力直接布置转换层层上下主体体竖向结构构时，注意意尽量使水水平转换结结构传力直直接，尽量避免多多级复杂转转换（如二二级次梁转转换），慎重采用传传力复杂、、抗震不利利的平厚板板转换，如如上下柱网网确实无法法对齐时，，尽量采用用箱型转换换。强化下部、、弱化上部部尽量强化转转换层下部部结构的侧侧向刚度，，弱化转换换层上部结结构的侧向向刚度，使使转换层上上下主体结结构的侧向向刚度尽量量接近、平平滑过渡。。三、转换层层结构设计计原则规范对转换换层上下部部刚度要求求高规...E．0．．1当转转换层设置置在1、2层时，可可近似采用用转换层与与其相邻上上层结构的的等效剪切切刚度比γγe1表示示转换层上上、下层结结构刚度的的变化，γγe1宜接接近1，非非抗震设计计时γe1不应小于于0.4，，抗震设计计时γe1不应小于于0.5。。当转换层设设置在第2层以上时时，按本规规程式(3．5．2—1)计计算的转换换层与其相相邻上层的的侧向刚度度比不应小小于0.6。（（美美国规范IBC2006）E．0．3当转换换层设置在在第2层以以上时，尚尚宜采用图图E所示的的计算模型型按公式(E．0．．3)计算算转换层下下部结构与与上部结构构的等效侧侧向刚度比比γe2。。γe2宜宜接近1，，非抗震设设计时γe2不应小小于0.5，抗震设设计时γe2不应小小于0.8。为何规定三三种算法？？三、转换层层结构设计计原则三种算法解解析上述规范条条文，可以以判断上下下层（相邻邻层）的刚刚度比应为为剪切刚度比比，而高位转转换的上下下部结构的的等效侧向刚刚度比则为为剪弯刚度度比；相邻层（上上下层）的的刚度比，，侧重的是转转换层与其其上层的层层刚度变化化突变值。规范要求求此刚度比比宜接近1，即尽量量不产生突突变。规范范的3.5.2条也也是如此要要求，基于于同样的道道理，因为为相邻楼层层的刚度发发生突变，，比如导致致应力集中中而不利。。所以这点点要求（相相邻层的刚刚度比）即即便不是转转换结构，，也是要求求的。只是是转换层本本身就是转转换，刚度突突变，，先天天不足足，故故对此此要求求适当当降低低了。这里里并不不是放放松，，而是是逼不不得已已。因因为虽虽然刚刚度比比要求求降低低了，，但用用词为为“应应”，，且在在转换换结构构构件件及概概念设设计的的要求求上，，却加加强了了非常常之多多。上下部部结构构的刚刚度比比，侧侧重的的是整整个区区域的的刚度度变化化。对于没没有刚刚度突突变的的结构构，比比如剪剪力墙墙结构构，就就很少少存在在这个个问题题。但但转换换结构构不一一样。。而转转换层层设置置位置置越高高，其其发生生刚度度改变变的区区域高高度就就越大大，故故下部部的转转换结结构区区与上上部非非转换换的结结构区区的对对比就就越大大。此此时仅仅仅限限制相相邻层层的刚刚度比比显然然不合合理，，也不不安全全；前两种种侧重重局部部，后后一种种侧重重整体体三、转转换层层结构构设计计原则则举例子子说明明算法法的影影响为了说说明此此点，，打个个简单单的比比方（（不一一定恰恰当）），转转换层层上下下层刚刚度比比满足足时，，其转换换层高高度为为5.8m。但但是转转换层层位于于第三三层。而这这个结结构的的第一一层层层高为为13m，，第二二层层层高为为9m。如如此层层高设设置，，大致致能满满足规规范的的3.5.2条条相邻邻层刚刚度比比要求求。但但大家家都知知道，，这么么设置置很明明显不不合理理，可如果果规范范仅仅仅规定定相邻邻层的的刚度度比，就会会出现现一个个奇怪怪的现现象：：明明明觉得得不合合理，，但规规范要要求却却是满满足的的。规范提提出的的等效效侧向向刚度度比，，就是是为了了控制制转换换层的的位置置不宜宜太高高，亦亦即转转换柱柱所在在的区区域高高度不不宜太太高。。回到上上述例例子，，假设设三层层转换换，第第一层层层高高5.4m，第第二层层层高高5.4m，第第三层层转换换层层层高5.8m，，这么么设置置层高高时，，大家家都觉觉得比比较正正常。。其实实这个个感觉觉里，，就内嵌嵌了等等效侧侧向刚刚度比比的概概念。。转换层层设置置位置置应从从整体体结构构把握握三、转转换层层结构构设计计原则则三、转转换层层结构构设计计原则则三、转转换层层结构构设计计原则则四、转换结结构的的计算算模型型《高规》10.1.2条条文说说明，，带转转换层层结构构，抗抗震设设计时时应采采用至至少两两个不不同力力学模模型的的结构构分析析软件件进行行整体体计算算。《高规》10.1.5条条，复复杂高高层建建筑结结构中中的受受力复复杂部部位，，宜进进行应应力分分析，，并按按应力力进行行配筋筋设计计校核核。四、转换结结构的的计算算模型型梁托柱柱的转转换结结构(框支支结构构）这类转转换层层的计计算模模型，，可以以仍采采用杆模模型。。《高规规》第第10.2.6条，，当转换换层在在3层层及3层以以上时时，框框支柱柱、剪力力墙底底部加加强区区的抗震震等级级应提高高1级级，已为为特一一级时时可不不提高高；在特殊殊构件件定义义中应应把与与托柱柱梁相相连的的柱定定义为为转换柱，以便便内力力调整整。《高规规》第第10.2.8条，，转换换梁截截面高高度不不宜小小于计计算跨跨度的的1/8，托柱转转换梁梁截面面宽度度不应应小于于其上上所托托柱在在梁宽宽方向向的截截面宽宽度。。四、转换结结构的的计算算模型型其他几几个特特殊柱柱或梁梁什么么时候候采用用呢？？四、转换结结构的的计算算模型型梁托墙的转换换结构构（框支支剪力力墙结结构））框支剪剪力墙墙结构构宜采采用墙墙元（（壳元元）模模型，，如SATWE、PMSAP等。PKPMV2.1的SATWE将托墙墙的转转换梁梁按墙墙输入入，可可实现现壳元元计算算；《高规规》第第10.2.16条条当结构构竖向向布置置复杂杂，框框支主主梁承承托剪剪力墙墙并承承托转转换次次梁及及其上上剪力力墙时时，应应进行行应力力分析析，按按应力力校核核配筋筋，并并加强强配筋筋构造造措施施；框支托托梁的的构造造应按按高规规的相相应要要求控控制，，如托托梁上上的洞洞口布布置、、托梁梁的腰腰筋配配置等等等；；框支支柱、、托梁梁均应应在特特殊构构件中中单独独定义义，否否则程程序不不会按按框支支柱、、托梁梁进行行设计计控制制；（高规规10.2.8详细细介绍绍，包包括配配筋、、截面面控制制、锚锚固等等）四、转换结结构的的计算算模型型厚板转换结结构《高规规》第第10.2.14条条，转转换厚厚板可可由抗抗弯、、抗剪剪、抗抗冲切切截面面验算算确定定。（（配筋筋及构构造要要求详详见10.2.14）整体计计算时时厚板板一定定要考考虑厚厚板面面外的的变形形，这这样才才能把把上部部结构构、厚厚板、、下部部结构构的变变形、、传力力等计计算合合理，，厚板板平面面内可可以按按无限限刚考考虑。在用SATWE、PMSAP进行结结构的的整体体分析析时，，在轴轴线上上布置置100*100的的虚梁梁，细细分厚厚板单单元。。最后后在分分析时时厚板板必须须定义义为弹弹性楼楼板（（可以以用““弹性性板3”面面内内无限限刚，，面外外有刚刚度））。支撑厚厚板的的柱均均应定定义为为框支支柱（转换换柱））。可以借借助二二次分分析程程序SLABCAD完成，，其中中板的的配筋筋、冲冲切、、应力力验算算等均均包含含在内内。四、转换结结构的的计算算模型型桁架转换结结构桁架转转换结结构可可由SATWE、TAT、PMSAP输入计计算，，其分分析的的关键键是桁桁架上上、下下层弦弦杆的的轴力力，所所以在在分析析时一一定要要把上上、下弦杆杆层的的楼板板定义义成弹弹性楼楼板6或弹弹性膜膜，以便便计算算出上上、下下弦杆杆的轴轴力。当斜腹腹杆的的布置置比较较简单单，只只与上上、下下楼层层节点点相连连，则则用SATWE、TAT计算没没有问问题；；如果果斜腹腹杆布布置复复杂，，用SATWE、TAT计算时时就需需要简简化。五、转换结结构的的设计控控制高规条条文表3.9.3和表3.9.4关于A、B级最大大适用用高度度的规规定；；第10.2.5条转换层层位置置，8度不不宜超超过3层；；7度度不宜宜超过过5层层；6度时时可适适当提提高；；第10.1.2条9度度抗震震设计计，不不应采采用带带转换换层结结构、带加加强层层的结结构、、错层层结构构和连连体结结构；表3.9.3和表3.9.4，正确确填写写结构构构件件的抗抗震等等级；；（注意意10.2.6构件件及有有关部部位抗抗震等等级的的提高高）第10.2.2条，带带转换换层的的高层层建筑筑结构构，其剪剪力墙墙底部部加强强部位位高度度宜取取转换换层以以上两两层且且不宜宜小于于房屋屋高度度的1/10。10.2.16条条，框框支框框架承承担的的地震震倾覆覆力矩矩应小小于结结构总总地震震倾覆覆力矩矩的50%五、转换结结构的的设计控控制位移比比周期期比高规的的3.4.5条规定定，楼楼层竖竖向构构件的的最大大水平平位移移和层层间位位移，，A、B级高度度高层层建筑筑均不不宜大大于该该楼层层平均均值的的1.2倍倍；A级高度度高层层建筑筑不应应大于于该楼楼层平平均值值的1.5倍，，B级高度度高层层建筑筑、混混合结结构高高层建建筑及及复杂高高层建建筑，不应应大于于该楼楼层平平均值值的1.4倍；高规的的3.4.5条规定定，结结构扭扭转为为主的的第一一周期期Tt与平动动为主主的第第一周周期T1之比，，A级高度度高层层建筑筑不应应大于于0.9；；B级高度度高层层建筑筑、混混合结结构高高层建建筑及及复杂高高层建建筑不应大大于0.85。。五、转换结结构的的设计控控制转换层层上部部与下下部结结构的的侧向向刚度度比高规的的10.2.3条2款，，转换换上部部结构构与下下部结结构的的侧向向刚度度比的的计算算和限限值，，应符合合附录录E的规定定。高规附附录E中E.0.1是针对对转换换层位位于1、2层的，，采用用转换换层上上、下下层结结构等效剪剪切刚刚度比比算法，，γγre宜为1，限限制非非抗震震设计计时不不应小于0.4，抗震震设计计时不不应小于0.5；E.0.3是针对对转换换层位位置大大于2层的，，采用用转换换层的的上部部结构构与带带转换换层的的下层层结构构等效侧侧向刚刚度比比算法，，γγre宜为1，限限制非非抗震震设计计时不不应小于0.5，抗震震设计计时不不应小于0.8；E.0.2当转换换层设设置在在2层及2层以上上时转转换层层本层层侧向向刚度度不应应小于于相邻邻上一一层楼楼层侧侧向刚刚度的的60%。。五、转换结结构的的设计控控制SATWE输出刚刚度比比SATWE可在WMASS.OUT文件中中查看看。==================================================高位转转换时时转换换层上上部与与下部部结构构的等等效侧侧向刚刚度比比==================================================转换层层所在在层号号=3转换层层下部部结构构起止止层号号及高高度=1，3，10.10转换层层上部部结构构起止止层号号及高高度=4，6，8.10X方向下下部刚刚度=0.2353E+08，，X方向上上部刚刚度=0.2769E+08，，X方向刚刚度比比=0.9439Y方向下下部刚刚度=0.4338E+08，，Y方向上上部刚刚度=0.3284E+08，，Y方向刚刚度比比=0.6072五、转换结结构的的设计控控制SATWE输出剪力墙墙底部部加强强部位位高规的的10.2.4条，，剪力力墙底底部加加强部部位的的高度度可取取框支支层加加上框框支层层以上上两层层的高高度及及墙肢肢总高高度的的1/10二者的的较大大值。。WMSS.OUT文件中中有输输出：：剪力墙墙底部部加强强区信信息.................................剪力墙墙底部部加强强区层层数IWF=5剪力墙墙底部部加强强区高高度(m)Z_STRENGTHEN=22.90五、转换结结构的的设计控控制SATWE定义抗震等等级对凡是是在整整体结结构抗抗震等等级中中定义义的，，程序序自动动判断断，是是否转换高层，，转换换层是是否在在3层层及以以上，，而对对框支支柱，，底部部加强强部位位的剪剪力墙墙的抗抗震等等级提提高一一级，需要要特殊殊构件件定义义；对底部部加强强部位位的不不落地地剪力力墙的的抗震震等级级不予予提高高；对于在在“特特殊构构件””菜菜单中中另行行改动动了抗抗震等等级，，则不不做调调整；构造详详傅学学怡““带转转换高高层建建筑设设计的的建议议”六、展望转换构构件的的模型型化问问题当遇到到厚板板转换换层结结构时时，对对厚板板上下下构件件之间间的传传力机机制存存在分分析不不明、、传力力不清清的问问题。。目前可可以对对框支支转换换结构构分析析，为为使上上部墙墙与托托梁共共同工工作，，而使使墙下下部节节点与与梁进进行位位移协协调，，所以以下部部托梁梁被打打断成成一段段段短短梁，，而托托梁的的高度度又较较大，，造成成梁单单元刚刚度误误差、、偏刚刚，有有时托托梁有有整层层的高高度，，这种种误差差会加加大。。解决决办法法只有有把托托梁也也按二二维有有限元元的方方法划划分单单元整整体分分析，，配筋筋则采采用梁梁的方方式。。六、展望转换结结构的的分析析方法法问题题目前，，软件件对施施工过过程恒恒载初初内力力计算算采用用了施施工模模拟算算法。。该方方法对对一般般高层层建筑筑结构构在恒恒载下下柱、、墙的的竖向向变形形可以以得到到一个个估计计值，，使得得位于于上部部楼层层的柱柱与墙墙之间间的梁梁端弯弯矩有有一个个令人人接受受的分分布。。由于带带转换换层结结构的的高层层建筑筑结构构施工工过程程的复复杂性性，施施工模模拟算算法，，是否否符合合实际际的施施工过过程，，还要