陈杰 陈亚敏
中国核电工程有限公司郑州分公司 河南郑州 450052
摘要:随着高层建筑功能多样化的发展,单一结构形式不能满足建筑功能的要求,具有高位转换层的结构已是广泛应用的结构形式之一,本文探讨了地震作用下具有高位转换层结构的高层建筑结构的受力特点和抗震性能的影响,给出了此类结构的抗震设计建议。
关键词:高位转换结构的抗震设计;高位转换结构的特点分析;结构刚度
前言
我国的经济不断发展使得高层建筑的不断发展,带高位转换层的高层建筑越来越多。高位转换结构是指上部楼层部分竖向构不能直接连续贯通接触地面,因此要实行结构转换层的设置。高位转换结构存在的问题包含设计困难,应用的范围小,计算步骤多,局部产生裂痕。本文主要是涉及建筑结构抗震设计,高位转换结构的形式的应用以研究现状,抗侧刚度的计算和对建筑安全性的影响。笔者在于研究这些方面对高位转换结构抗震中设计和问题分析及解决。
1.高位转换层的结构形式的应用及研究现状
高位转换层的结构形式的应用处于我国的先进行列之中,我国的经济发展迅速,使得我国的很多的行业在世界中都占有很高的地位,由此可见,在当今这个物欲横流的时代,但是伴随着经济的不断发展,其他的行业也随之而崛起。在建筑行业中最重要的是建筑的安全性,以及建筑物抗震的能力与性能。研究高位转换层的结构形式以及应用的现状就显得异常的重要。
1.1高位转换层的结构形式的应用
高位转换层的结构形式包括很多种。梁式结构的转换层一般在转换层的楼面设置纵横交错的钢筋混凝土进行对荷载的承担。而针对于筒中筒结构等多数属于比较的密集,在底部一层、二层的出入口处往往不能满足使用要求,有时要求把外筒的柱在局部处减少几根。有时出入口不只一处,而且一层与二层的出入口不一定都上下对齐,这时候就可以在相应楼层下作一圈转换大梁,把上部柱承载的荷载通过转换大梁传到下层两边的柱,从而需要提高两侧结构构件尺寸的大小。高位转换层的结构形式的应用主要表现在:服务业大楼以及企业的综合大楼,这些建筑物常常需要大门厅或局部两层、三层同高来满足建筑功能的需求,结构方面表现为,在需要去掉部分柱、墙时,设置结构转换构件,保证建筑物荷载能顺利传到基础、地基上。
1.2应用时的研究现状
梁式转换层在实际的施工过程中,我们可以见到的分类很多,远远超过理论基础学习到的知识,并且高等院校教授的理论知识在实际的应用构成中存在着脱节的问题,教材以及老师没有跟随时代的发展而更改自己的教育教学的方式方法。根据梁式转换层的结构材料进行分类,包括钢筋混凝土梁转的研究等,根究整体和局部来看,分类很多:单根转换梁的研究、含转换层的高层和超高层整体研究;转换梁所支撑构件不同,可分为框支墙转换梁的研究、框支柱转换梁的研究。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据多种研究发现,笔者主要叙述了高位转换层的结构形式的应用在现实情况中的使用和研究现状。
2.高位转换层的结构形式的抗侧刚度的计算及影响
高位转换层的结构形式中抗侧刚度的计算可以准确的表达出高位转换层的结构形式的抗震的能力,如何精确的计算是保证高位转换结构形式能达到结构规范要求的基础。规范中规定的关于转换层结构刚度的计算如下:一个机构的刚度(k)是指弹性体抵抗变形(弯曲、拉伸、压缩等)的能力。计算公式:k=P/δ;P是作用于机构的力,δ是由于力而产生的变形。计算刚度的理论分为小位移理论和大位移理论。大位移理论根据结构受力后的变形位置建立平衡方程,得到的结果精确,但计算比较复杂。小位移理论在建立平衡方程时暂时先假定结构是不变形的,由此从外载荷求得结构内力以后,再考虑变形计算问题。
2.1高位转换结构的抗侧刚度的计算
高位转换结构的抗侧刚度的计算既复杂又存在很多的数据需要工作人员进行分析和讨论。例如,带转换层的高层建筑结构,部分竖向抗侧力构件达不到连续的效果,转换层上部与下部结构的侧向刚度会发生突变,在地震作用下受力复杂,设计中采用转换层的侧向刚度平滑过渡来控制,以达到减小震害的目的。而一些研究人员的转换层的设计体现在第3层,采用“等效侧向刚度法”来进行分析与讨论。等效侧向刚度法比对结构的自振周期及上部结构的振型曲线的影响不大,而对结构的绝对位移和层间位移角影响较大,在建筑物的建设占有很大的地位。
2.2设计结构刚度的应用范围
设计结构抗侧刚度的应用范围包括建筑物的防震设施。因此,对于抗震设防的建筑,上下层刚度比要小于2,如算出的上下层刚度比大于3,可减少转换层以上的剪力墙数量,增加底部剪力墙的厚度。底盘尽可能布置纵、横向剪力墙并加大厚度,剪力墙尽量布置在底盘的边、角部,以加大其抗扭刚度。设计结构刚度主要是为了保证建筑物的抗震的能力在国标的规定范围之内。
2.3抗侧刚度对高位转换结构的的影响
侧刚比对转换层的层剪力的影响,转换层上部结构不同剪力墙厚度不同侧刚比在地震力的作用下的层剪力图的变化。最大层剪力变化曲线,在转换层处有明显的突变。不同模型在地震力作用下,随着转换层上部剪力墙厚度的增加。根据一些数据的计算和研究发现,转换层上部与下部的侧向刚度比相差较大时,转换层的的结构在抗震测试中抗震的效果很好,远远超过原先的结构的抗震效果。
3.水平地震作用下具有高位转换层的结构形式的变形以及受力特点分析
3.1变形协调分析
水平地震作用下具有高位转换层的结构形式以及受力特点主要体现在变形协调,包括层间的位移角、位移或者是最大的层间位移。建筑物在地震作用的过程中,需要从各个方向承担多种不同大小的地震能量。在地震破坏的作用下,建筑物的结构发生巨大的改变。楼层与楼层之间出现位移,存在着断层。同时,作为建筑物中最主要的逃生的渠道楼梯来说,楼梯是否发生相对或者绝对的位移是非常关键的。休息平台和楼板在地震作用下,会发生相对错位(水平位移差),导致楼梯板的轴向拉压的受力,这就容易造成楼梯板混凝土因受拉承载力不足而造成受拉破坏。
3.2受力状态分析
受力状态的分析是研究建筑物在地震中抵抗地震的能力大小的重要的因素和指标之一。研究人员需要注意框架—剪力墙结构中的抗震墙连梁刚度要求大小,在抗震墙结构和部分框支抗震墙结构中的抗震墙连梁的刚度要求小,两种结构处理方法截然不同。受力状态的分析可以分析在地震的过程中每个部分所承担的力量的大小,分析在后期的改进和创新过程中需要改进的地方。在建筑物中,大梁起到承担整个建筑物大部分力的作用,如果其出现问题会导致建筑物的坍塌,因此,研究并分析其受力状态,得出相应的数据,为日后开发提供雄厚的理论和数据基础。受力状态的分析可以涉及多个方面。
4.结语
我国的经济发展促进了建筑行业更好的方向发展,我国的城市化的进程中,城市中的土地越来越稀少,国家和大部分的地区采用建设更高的建筑物来容纳不断增长的人口。在高层建筑中,高位转换层结构占有主要的地位,高位转换层结构的塑性变形可以改变结构的刚度,起到良好的耗能作用,具有一定延性的结构变形可以有效地耗散地震能。结构自身的变形能力的不足是结构发生破坏和倒塌的主要原因。笔者认为高位转换层结构的抗震设计是为了保证居住和使用人员的安全。
参考文献:
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[2]金建敏.高位转换框支剪力墙高层建筑抗震性能研究[D].武汉:武汉理工大学,2008.
[3]郑硕锋.超高层高位转换框支剪力墙结构抗震设计[J].山西建筑,2010,36(21):75-76.
论文作者:陈杰,陈亚敏
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/21
标签:结构论文; 高位论文; 刚度论文; 位移论文; 建筑物论文; 形式论文; 受力论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;