1 概述
隨著城市的發展, 城市用地緊張加劇, 帶轉換層的高層建筑顯得格外具有優勢, 由于建筑使用功能的不同, 其部分豎向構件不能直接貫通落地需而需通過轉換構件連接而構成。近年來, 這種結構形式由于下部空間大, 使用靈活方便, 在國內越來越受到重視。
2 型鋼混凝土組合結構
2.1 結構類型
型鋼混凝土組合結構宜用于框架結構、框架-剪力墻結構、框架-核心筒結構、筒中筒結構等結構體系。本工程型鋼混凝土中的型鋼采用較常用的實腹式寬翼緣的H形軋制型鋼。
2.2 設計要點和基本要求
在型鋼混凝土組合結構中, 在配置一定的縱筋和箍筋的情況下, 型鋼與外包混凝土能較好的協同工作。一般混凝土的峰值應變大于鋼材的屈服應變, 因此, 型鋼翼板在受壓屈服前, 一般不會發生局部壓曲。但考慮到在破壞階段由于混凝土對型鋼的約束作用減弱, 以及由于箍筋等的配置形狀不當而使混凝土保護層過早剝落, 導致約束效果降低, 所以為確保型鋼塑性變形能力的發揮, 有必要限制型鋼的寬厚比, 型鋼的最小厚度不應小于6mm, 含鋼率不宜小于3%, 且不宜大于10%。
3 工程實例分析
3.1 工程概況
本工程位于福建某高層辦公寫字樓, 結構設計使用年限為50年, 抗震設防分類為丙類, 抗震設防烈度為6度, 設計地震分組為第二組, 地震基本加速度為0.05g, 建筑場地類別為Ⅱ類, 基本風壓為0.35k N/m2, 地面粗糙度類別為C類。采用鋼筋混凝土框架—核心筒結構體系, 外框架平面尺寸為25.2m×33.6m, 中央核心筒平面尺寸8.5m×17.0m, 除去屋頂的兩層機房地上共22層, 建筑高度為86m。為了滿足建筑使用功能, 在第二層設置轉換層, 第一層和轉換層層高為5m。
本工程轉換梁的截面高度為2000×500mm, 當采用普通梁式轉換時, 轉換層上、下層剛度突變而形成薄弱層。本文共分析了7種工況, 截面形狀尺寸和型鋼截面尺寸詳見表1, 實腹梁的含鋼率、縱向配
筋率和體積配箍率詳見表2。
3.2 實腹梁轉換結構對比分析
通過PKPM中的SATWE模塊和PMSAP進行計算, 得到以下結果:
(1) 結構的自振周期
表3為八個工況下結構前3階振型的自振周期, 可以看出, 結構周期比均滿足要求, 同時都相差不大, 這說明帶型鋼的實腹梁轉換與普通實腹梁轉換均能提供較好的整體剛度。
(2) 結構整體水平位移
圖1、圖2分別表示地震和風荷載作用下結構的水平位移, XZ表示帶型鋼轉換, SFZH表示實腹梁轉換?？梢钥闯? 在地震和風荷載作用下, 實腹梁轉換在X方向和Y方向的水平位移相差不大, 在帶型鋼的實腹梁轉換中, 隨著實腹梁截面的減小, 在地震和風荷載作用下, X和Y向的位移也增大。
(3) 轉換層與其相鄰上層結構的等效剪切剛度比
由于轉換層以上的結構布置相同, 所以其上層的等效剪切剛度基本相同, 轉換層上下層的剛度比大于1, 滿足相應規范的要求, 普通實腹梁轉換處于工況一和工況二之間, 工況二與其最為接近。
(4) 剪重比
從圖3中可以看出, 兩種結構形式相差不大, 均滿足要求, 可見結構的豎向布置是比較合理的。
4結論
本文介紹了帶轉換層高層建筑結構抗震設計概念和原則, 對結構剛度比問題結合相關規范做了詳細的描述, 尤其是轉換層與其相鄰上層的剛度比。然后對一實際工程分別采用普通和帶型鋼的實腹梁轉換進行計算, 然后從整體結構周期、位移、剛度比、剪重比等方面的進行對比分析, 結果表明:
(1) 在整體的結構周期方面, 兩種形式相差不大, 說明其均能提供較好整體剛度;綜合考慮結構周期、位移、剛度比、剪重比, 以工況二 (1300×500) 與普通實腹梁轉換 (2000×500) 最為接近。
(2) 鋼骨本身承擔了較大的剪力、軸力和彎矩, 使得轉換梁截面尺寸大大下降, 混凝土與鋼筋用量較少, 但是型鋼消耗量大, 故總體造價二者相差不大。
摘要：本文首先介紹了轉換結構在工程實際中的應用, 針對一帶轉換層的框架-核心筒結構的實際工程, 對其分別采用普通實腹梁轉換、帶型鋼的實腹梁轉換分別進行從周期、位移、剛度比、剪重比等方面的進行對比分析。結果表明帶型鋼的實腹梁轉換能明顯的改善轉換層的空間, 使其得到合理利用。
關鍵詞：高層建筑結構,轉換層,型鋼混凝土
參考文獻
[1] 傅學怡.實用高層建筑結構設計 (第二版) [M].北京:中國建筑工業出版社, 2010.
[2] 唐興榮, 何若全.高層建筑中轉換層結構的現狀和發展[J].蘇州城建環保學院學報, 2001, 14 (3) :31-37.
[3] 聶建國, 劉明等.鋼-混凝土組合結構[M].北京:中國建筑工業出版社, 2005.
[4] JGJ138—2001型鋼混凝土組合結構技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社.2002.