转换层(加强层)结构形式及设计要点

• 工程实例：深圳五洲宾馆
二、转换层（加强层）结构形式
• 宽扁梁转换结构——深圳五洲宾馆
二、转换层（加强层）结构形式
• 厚板转换结构
1、《高规》10.2.4条，非抗震设计和6度抗震设计可采用；7、 8度抗震设计的地下室转换构件可采用厚板。
注：厚板转换层结构，目前缺乏完善的分析方法，应尽量避免采用。
三、转换层结构设计原则
• 规范对转换层上下部刚度要求
高规...E．0．1 当转换层设置在1、2层时，可近似采用转换层与其相邻上层结构 的等效剪切刚度比γ e1表示转换层上、下层结构刚度的变化，γ e1宜接近1，非抗 震设计时γ e1不应小于0.4，抗震设计时γ e1不应小于0.5。
当转换层设置在第2层以上时，按本规程式(3．5．2—1)计算的转换层与其相邻上 层的侧向刚度比不应小于0.6。 （美国规范IBC2006）
四、转换结构的计算模型
• 厚板转换结构
《高规》第10.2.14条，转换厚板可由抗弯、抗剪、抗冲切截 面验算确定。（配筋及构造要求详见10.2.14）
整体计算时厚板一定要考虑厚板面外的变形，这样才能把上 部结构、厚板、下部结构的变形、传力等计算合理，厚板平 面内可以按无限刚考虑。 在用SATWE、PMSAP进行结构的整体分析时，在轴线上布置 100*100的虚梁，细分厚板单元。最后在分析时厚板必须定义 为弹性楼板（可以用“弹性板3” 面内无限刚，面外有刚 度）。
有效地把 力传递给 框架柱
二、转换层（加强层）结构定义
• 设置刚臂连接芯筒和外框架，增加抗推刚度(抵抗倾覆)
周边住左 边受拉右 边受压
二、转换层（加强层）结构定义
• 广州西塔
二、转换层（加强层）结构定义
• 广州西塔
二、转换层（加强层）结构定义
• 转换层与加强层两者相似之处：
– 结构形式类似（《高规》10.2.4和10.3.1条） – 均需要占用1-2层的高度（因而称为”层”）
四、转换结构的计算模型
其他几个 特殊柱或 梁什么时 候采用呢？
四、转换结构的计算模型
• 梁托墙的转换结构（框支剪力墙结构）
框支剪力墙结构宜采用墙元（壳元）模型，如SATWE、PMSAP 等。PKPM V2.1的SATWE将托墙的转换梁按墙输入，可实现壳 元计算； 《高规》第10.2.16条当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪 力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按 应力校核配筋，并加强配筋构造措施； 框支托梁的构造应按高规的相应要求控制，如托梁上的洞口 布置、托梁的腰筋配置等等；框支柱、托梁均应在特殊构件 中单独定义，否则程序不会按框支柱、托梁进行设计控制； （高规10.2.8详细介绍，包括配筋、截面控制、锚固等）
2、通常2~3m厚。只有在上下结构明显不协调，无法采用其他方 法时才会使用。由于自重较大，传力不明确，对抗震不利。
• 优点：下层柱可灵活布置， 无需与上部结构对齐。 • 缺点： 自重大且用料多；
不适宜抗震设防烈度6度 以上高层；
二、转换层（加强层）结构形式
• 厚板转换结构——河南金融广场
二、转换层（加强层）结构形式
图1.2 桁架转换形式2
一、课题来源
• SATWE计算结果对比
结构形式 形式1 形式2 形式1 形式2 形式1 轴力（KN） -4461 199 385 -3002 628 -21 74 4.0 1.6
大偏 28 拉柱， 19.6 配筋 大 327 42
比较项次
二层边柱 底端 -4483
二层中柱底 端 -498
• 优点：斜撑的优点之一是传力路线明确。 • 缺点： 斜柱在其与竖柱相交处产生水平分力作用于 楼层，对该水平力最好的处理办法是设法在 最短的传力途径上予以平衡消失； 建筑空间问题；
二、转换层（加强层）结构形式
• 桁架转换结构——深圳国检大厦
二、转换层（加强层）结构形式
• 空腹桁架转换结构
二、转换层（加强层）结构形式
• 转换层（加强层）结构形式
用的较少， 不适用加 强层
二、转换层（加强层）结构形式
• 梁式转换结构
1、《高规》10.2.10条，转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落 在转换层主结构上。 2、《高规》10.2.16条， B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜 采用框支主、次梁方案。
• 《高规》 10.1.2 条文说明，带转换层结构，抗震设 计时应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件 进行整体计算。
• 《高规》10.1.5条，复杂高层建筑结构中的受力复 杂部位，宜进行应力分析，并按应力进行配筋设计 校核。
四、转换结构的计算模型
• 梁托柱的转换结构(框支结构）
这类转换层的计算模型，可以仍采用杆模型。 《高规》第10.2.6条，当转换层在3层及3层以上时，框支柱、 剪力墙底部加强区的抗震等级应提高1级，已为特一级时可不 提高； 在特殊构件定义中应把与托柱梁相连的柱定义为转换柱，以 便内力调整。 《高规》第10.2.8条，转换梁截面高度不宜小于计算跨度的 1/8，托柱转换梁截面宽度不应小于其上所托柱在梁宽方向的 截面宽度。
• 转换层与加强层两者不同之处：
– 转换层：由于建筑使用功能的改变导致结构布置的改变，此 时需要设置转换层衔接上、下梁部分不同的结构。多为桥式 结构 – 加强层：因结构本身刚度和整体性的需要而设置。加强构件伸臂。
二、转换层（加强层）结构形式
• 《高规》第10.2.4条： 转换结构可以采用转换梁、桁架、空腹桁架、箱型结 构、斜撑等。 • 《高规》第10.3.1条： 水平伸臂构件、周边环带构件可采用斜腹杆桁架、实 体梁、箱型梁、空腹桁架等形式。
E．0．3 当转换层设置在第2层以上时，尚宜采用图E所示的计算模型按公式 (E．0．3)计算转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度比γ e2。γ e2宜接近1， 非抗震设计时γ e2不应小于0.5，抗震设计时γ e2不应小于0.8。
为何规定 三种算法？
三、转换层结构设计原则
• 三种算法解析
前两种侧重 局部，后一 种侧重整体
1、《高规》10.2.15条，采用空腹桁架转换层时，空腹桁架宜 满层设置，应有足够的刚度。空腹桁架的上、下弦杆宜考虑 楼板作用，并应加强上、下弦杆与框架柱的锚固连接构造； 2、计算应取消刚性楼板，按弹性楼板计算。
• 优点：不影响建筑造型和采光。内力计算较 为简单，节点处理比较简单，传递路径比较 明确。 • 缺点： 无斜杆，水平荷载作用下，桁架层剪力主要 由腹板柱承受； 建筑跨度较大时，竖向荷载作用下往往产生 过大的挠度，影响使用；
三、转换层结构设计原则
• 减少转换 • 传力直接
布置转换层上下主体竖向结构时，注意尽量使水平转换结构 传力直接，尽量避免多级复杂转换（如二级次梁转换），慎 重采用传力复杂、抗震不利的平厚板转换，如上下柱网确实 无法对齐时，尽量采用箱型转换。
• 强化下部、弱化上部
尽量强化转换层下部结构的侧向刚度，弱化转换层上部结构 的侧向刚度，使转换层上下主体结构的侧向刚度尽量接近、 平滑过渡。
研究生开题报告
转换层（加强层）结构形式及设计要点
研究生开题报告
主讲：黄桂新 导师：吴韶源
转换层（加强层）结构形式及设计要点
• 课题来源 • 转换层（加强层）结构定义及形式
• • • •
转换层结构设计原则 转换层结构的计算模型 转换层结构的设计控制 展望
一、课题来源
关键杆件
关键杆件
图1.1 桁架转换形式1
回到上述例子，假设三层转换，第一层层高5.4m，第二层层高5.4m，第三层转换 层层高5.8m，这么设置层高时，大家都觉得比较正常。其实这个感觉里，就内嵌 了等效侧向刚度比的概念。
转换层设 置位置应 从整体结 构把握
三、转换层结构设计原则
三、转换层结构设计原则
三、转换层结构设计原则
四、转换结构的计算模型
• 优点：设计、施工简单，受力明确。 • 缺点： 受剪承载力来控制，截面尺寸较大；
由于梁很强，处理不好可能与框支柱 行程“强梁弱柱”现象，对结构抗震 不利； 转换梁的通风、采光均不利；
二、转换层（加强层）结构形式
• 梁式转换结构——深圳海滨花园
二、转换层（加强层）结构形式
梁式转换在实 际工程中运用 如此多
三、转换层结构设计原则
• 举例子说明算法的影响
为了说明此点，打个简单的比方（不一定恰当），转换层上下层刚度比满足时， 其转换层高度为5.8m。但是转换层位于第三层。而这个结构的第一层层高为13m， 第二层层高为9m。如此层高设置，大致能满足规范的3.5.2条相邻层刚度比要求。 但大家都知道，这么设置很明显不合理，可如果规范仅仅规定相邻层的刚度比， 就会出现一个奇怪的现象：明明觉得不合理，但规范要求却是满足的。 规范提出的等效侧向刚度比，就是为了控制转换层的位置不宜太高，亦即转换柱 所在的区域高度不宜太高。
• 转换层——在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖 向构件（剪力墙、框架柱）不能直接连续贯通落地时， 应设置结构转换层，在结构转换层布置转换结构构件。 （高规10.2.1）
• 何为加强 层呢？
二、转换层（加强层）结构定义
• 加强层——当框架-核心筒、筒中筒结构的侧向刚度不 能满足要求时。可利用建筑避难层、设备层空间，设置 适宜的水平伸臂构件，形成带加强层的高层建筑结构。 （高规10.3.1） 框架梁变 形大 • 无外伸桁架 时，框架梁 的变形大， 不能有效地 把力传递给 框架柱。
上述规范条文，可以判断上下层（相邻层）的刚度比应为剪切刚度比，而高位转 换的上下部结构的等效侧向刚度比则为剪弯刚度比； 相邻层（上下层）的刚度比，侧重的是转换层与其上层的层刚度变化突变值。规 范要求此刚度比宜接近1，即尽量不产生突变。规范的3.5.2条也是如此要求，基 于同样的道理，因为相邻楼层的刚度发生突变，比如导致应力集中而不利。所以 这点要求（相邻层的刚度比）即便不是转换结构，也是要求的。只是转换层本身 就是转换，刚度突变，先天不足，故对此要求适当降低了。这里并不是放松，而 是逼不得已。因为虽然刚度比要求降低了，但用词为“应”，且在转换结构构件 及概念设计的要求上，却加强了非常之多。 上下部结构的刚度比，侧重的是整个区域的刚度变化。对于没有刚度突变的结构， 比如剪力墙结构，就很少存在这个问题。但转换结构不一样。而转换层设置位置 越高，其发生刚度改变的区域高度就越大，故下部的转换结构区与上部非转换的 结构区的对比就越大。此时仅仅限制相邻层的刚度比显然不合理，也不安全；