转换层大总结

上海理工大学环境与建筑学院
3
1概述
1.2 定义 从结构受力上看，由于高层建筑结构下 部楼层受力很大，上部楼层受力较小，正常 的结构布置应是下部刚度大，墙体多、柱网 密，到上部渐渐减少墙柱数量，以扩大柱网。 这样结构的正常布置与建筑功能对空间的要 求正好相反.因此为满足建筑功能要求，结 构必须进行“反常规设计”，即将上部布置 小空间、下部布置大空间;上部布置刚度大 的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱。为了 实现这种结构布置，就必须在结构转换的楼 层设置水平转换构件，即转换层结构 （Transfer Floor Structure）.
空腹桁架转换结构的杆件都 是水平、垂直的。因此，空腹 桁架转换结构在室内空间利用 上比斜腹桁架转换结构构优良。
上海理工大学环境与建筑学院
16
2.3空腹桁架式转换结构 (1)空腹桁架式特点 因以弯曲变形为主, 兼有桁架的受力特性（即除承受弯矩 和剪力外, 还承受轴力）。在荷载作用下, 空腹桁架受力均匀、 传力明确、结构合理和经济性良好;而且其抗侧刚度较好, 有 较大的耗能能力, 抗震性能好.
上海理工大学环境与建筑学院
10
2.2梁式转换层结构 (2)梁式转换层结构受力机理分析
2) 转换梁上局部区域传力拱的作用。 由于竖向传力拱作用的存在, 使得上部墙体上如图5 所示, 的竖向荷载传到转换梁时, 很大一部分荷载以斜向荷载的形 式作用于梁上, 若将这斜向荷载分解为垂直和水平等效荷载 形式, 则垂直荷载作用下的弯矩肯定要比不考虑墙体作用时 要小, 在水平分力作用下, 就形成了转换梁跨中一定区域受轴 向拉力而支座区域受轴向压力的现象。
上海理工大学环境与建筑学院
4
1概述
1.3 功能 (一)上、下层结构类型转换 转换层将上部剪力墙转换为下部的框架。这种 转换层多用于剪力墙和框架一剪力墙结构中，以获 得较大的内部自由空间。 (二)上、下层结构柱网和轴线的改变 转换层上、下的结构形式未改变，通过转换层 能使下部结构的柱距扩大，形成大柱网。这种形式 常用于外框筒的下层以形成较大的出人口。 (三)同时转换上、下层结构类型和柱网 上部剪力墙结构通过转换层改变为框支剪力墙 结构的同时，下部柱网与上部剪力墙的轴线错开， 形成上、下柱网不对齐的布置。
高层建筑转换结构一 般可分为4种基本结构 形式，即：
① 桁架(包括空腹桁架)
②箱型结构 ③ 梁式(包括托梁和双 向梁格) ④厚梁厚板
7ห้องสมุดไป่ตู้
上海理工大学环境与建筑学院
2.2梁式转换层结构 (1)梁式转换层形式
实际工程中梁式转换层的应用形式多种多样。从跨数上, 可分为单跨、 双跨、多跨; 从上部墙体布置上可分为满跨和不满跨、开洞和不开洞、 开门洞和开窗洞; 从转换功能上分为托墙和托柱; 从转换构件材料上可 分为钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、钢结构等。
上海理工大学环境与建筑学院
19
2.3空腹桁架式转换结构
(3)空腹桁架的受力性能分析 同济大学的张誉、赵鸣等结 合上海兴联大厦工程对空腹桁架 转 换层结构进行了试验研究。研究 分析, 表明空腹桁架有着良好的受 力性能,预应力空腹桁架则具有良 好的延性。 ①空腹桁架的弦杆除承受弯矩 和剪力外还承受较大的轴力作 用
此时若根据上下柱网的轴线位置设置采用桁架转换 层则可巧妙的解决此问题。 桁架式转换结构是由梁式结构转换层变化而来的，整个转 换层由多榀桁架组成承重结构，桁架的上下弦杆分别设在转换 层的上下楼面的结构层内，层间设有腹杆。
上海理工大学环境与建筑学院
15
2.3桁架式转换结构 (1)桁架式转换层结构形式
①斜腹桁架：由上弦杆、 下弦杆及斜腹杆组成。 ②空腹桁架：由上弦杆、下 弦杆及直腹杆组成。
上海理工大学环境与建筑学院
9
2.2梁式转换层结构 (2)梁式转换层结构受力机理分析 1) 转换梁与上部结构整体弯曲变形。 转换层与上部结构有共同工作的特点, 对托墙情况, 转换梁 处于整体弯曲的受拉翼缘,若单独分析转换梁, 其所受的弯矩 由于剪力墙的共同作用而大大降低。同时, 由于处于受拉翼缘, 应力积分后转换梁中就会出现轴向拉力。这种整体弯曲会随 着上部墙肢长度变短而影响范围迅速缩小, 当上部墙体为小墙 肢时, 或对托柱型转换梁, 这种影响只限于小墙肢或柱下较小 的范围内。
上海理工大学环境与建筑学院
22
2.4厚板厚梁式转换结构 (1)厚板厚梁式转换结构
厚板式转换层在解决建筑功能与建筑结构的矛盾方面有其 自身的优势，它可以使高层建筑在转换层上下的墙、柱轴线不 受任何限制，因而可以合理的布置构件，改善整体结构的受力 情况。它特别适用于体型复杂、功能繁多的结构，能够更为灵 活的实现建筑物的功能，真正体现高层建筑的优势，这是其他 形式的转换层结构所不能比拟的。
①转换结构承受的荷载通常较大 对于带有转换结构的多、高层建筑来说, 转换结构大多是 低位转换, 其上部楼层较多, 因此其承担上部结构传来竖向荷 载通常都很巨大; 对于悬挂式转换结构来说其要悬挂下部多 层荷载. 故转换结构构件中的内力很大, 且竖向荷载成为在转 换结构设计时应重点考虑的主要因素.
上海理工大学环境与建筑学院
上海理工大学环境与建筑学院
12
2.2梁式转换层结构 (4)转换梁结构设计方法
目前结构设计工作中普遍采用的转换梁截面设计方法主要有普通梁 法、偏心受拉法、深梁法、应力法四种方法。
1）普通梁法：进行受弯构件承载力计算，采用梁杆系模型,根据结构 整体计算得出的转换梁内力, 按普通梁进行截面设计。但须采用高层 建筑结构计算分析程序TAT、TBSA 或TOWER 等； 2）偏心受拉法： 按偏心受拉构件截面设计方法进行计算，但必须把 有限元分析得到的转换大梁的内力转化为截面内力，然后进行正截面 承载力和斜截面承载力计算。 3）深梁法：按深梁截面进行设计，取转换大梁高跨比在1/8~1/6，此 时要考虑转换大梁的跨度，一般转换大梁跨度大于12m时，要考虑上 部墙体多于3 层进行分析计算，否则计算结果偏不安全。 4）应力法：利用高精度有限元法计算转换大梁截面沿高度方向的应 力，假设所有拉力都由钢筋承担。
17
2.3空腹桁架式转换结构 (1)空腹桁架式特点 ②转换结构的跨度通常较大
转换结构的跨度通常远大于其上部结构, 其在竖向荷载作用 下将产生较大的挠度和变形, 因此, 转换结构的竖向挠度应成为 设计时严格控制的目标. ③转换结构构件和节点的受力较为复杂 转换结构构件大多处于弯矩、剪力和轴力共同作用之下, 构件和节点的受力状态甚为复杂. ④沿建筑物高度方向上的刚度通常在转换层结构处发生改变, 其传力途径发生较大的变化, 在设计时应采用反常规的方法进 行分析和设计. ⑤转换结构的施工较为复杂, 难度较大
上海理工大学环境与建筑学院
18
2.3空腹桁架式转换结构 (2)空腹桁架主要结构型式 目前国内实际工程中应用的空腹桁架转换结构型式主要有: 等节间空腹桁架、不等节间空腹桁架、混合空腹桁架、叠层 空腹桁架等。 根据使用材料的不同, 空腹桁架可分为: 钢筋混凝土空腹桁 架、预应力混凝土空腹桁架和钢结构空腹桁架等.
高层建筑结构转换层
姓名：汪 澜 涯 学号：132551672
上海理工大学环境与建筑学院
1
高层建筑结构转换层
① 背景
1 概述
②定义 ③功能 ④特点 ① 梁式 ②桁架(包括空腹桁架) ③厚梁厚板 ④箱型结构
2 转换层结构形式
① 材料
3发展前景
②受力性能
上海理工大学环境与建筑学院
2
1概述
1.1 背景
近年来国内外高层建筑发展迅速，现代高层建筑越建越 高，越建越大，其建筑向着体型复杂、功能多样的综合性方 向发展，目的在于为人们提供良好的生活环境和工作条件。 在同一座建筑中，沿房屋高度方向建筑功能发生变化，上部 楼层布置旅馆、住宅；中部楼层作为办公用房；下部楼层作 商店、餐馆和文化娱乐设施，这种不同用途的楼层需要采用 不同的结构。 从建筑功能上看，上部需要小开间的轴线布置和需要更 多的墙体以满足旅馆和住宅的功能要求；中部则需要小的或 中等大小的室内空间，可以在柱网中布置一定数量的墙体以 满足办公用房的功能要求；下部需要尽可能大的自由灵活的 室内空间，要求柱网大，墙体尽量少，以满足商店，餐馆等 公用设施的功能要求。
上海理工大学环境与建筑学院
5
1概述
1.4 特点
竖向力的传递不连续。 转换层上下容易产生刚度突变。
变形复杂、传力不明确，尤其在复杂的
转换层结构中，如：厚板转换层、梁式转 换层、箱形大梁转换等等。 转换层刚度、质量集中，造成地震效应 突然增大。
上海理工大学环境与建筑学院
6
2转换层主要形式
2.1形式分类
20
上海理工大学环境与建筑学院
2.3空腹桁架式转换结构
(3)空腹桁架的受力性能分析
②空腹桁架的竖向腹杆中, 边跨 端支座附近腹杆剪力较大, 其余腹 杆剪力较小;
③杆件节点当采用刚性连接时, 杆件节点承受较大的弯矩和剪力。
上海理工大学环境与建筑学院
21
2.3空腹桁架式转换结构 (4)空腹桁架转换结构的设计原则
上海理工大学环境与建筑学院
8
2.2梁式转换层结构 (2)梁式转换层结构受力机理
由于其传力途径采用墙(柱)→转换 大梁→柱(墙)的形式，主要原理就是 利用下部的转换大梁来支托上部结构， 实现垂直转换最常用的结构形式。具 有传力直接、明确，便于分析计算的 特点。
分析表明, 转换梁有与其承托的上部结构共同工作的特性, 转换 梁上部墙体开洞对其内力结果有较大的影响。对托墙型梁式转换 层, 共同工作的墙体层数与转换层的跨度有关；对托柱型转换层 结构, 要使共同工作显著, 须防止过分增加大梁和支承柱的截面尺 寸。
上海理工大学环境与建筑学院
23
2.4厚板厚梁式转换结构 (2) 厚板转换层设计方法
上海理工大学环境与建筑学院
14
2.3桁架式转换结构 虽然梁式转换层结构是目前实现垂直转换的最常用的结构 形式，但在托柱形式的梁式转换层中, 存在以下缺点： ①当转换梁跨度很大,且承托层数较多时, 由转换梁承托 上部框架柱传递下来的竖向荷载会很大, 致使转换梁的界面 尺寸过大。 ②采用转换梁也不利于大型管道等设备系统的布置, 不利 于该转换层建筑空间的充分利用。
空腹桁架转换结构的设计应遵守下列原则: ① 整体结构按“ 强化转换层及其下部结构、弱化转换层 上部结构”的原则, 以保证转换结构及其下部大空间结构 有良好的强度、刚度、延性和抗震性能; ②转换结构上部的结构按“强柱弱梁、强边柱弱中柱”的 原则, 以使塑性铰优先在梁端产生, 确保柱有较高的安全储 备; ③转换结构按“强边腹杆、强节点”的原则,使边腹杆和 节点具有较高承载能力, 以充分发挥弦杆的承载能力和变 形能力; ④各构件按“强剪弱弯”的原则, 以使构件发生延性较好 的受弯破坏, 避免发生延性较差的剪切破坏.
上海理工大学环境与建筑学院
13
2.2梁式转换层结构 (5) 转换梁设计的注意点 1）转换梁设计占高层建筑转换层设计的决大多数，在实际应 用中，通常把转换层作为设备层来使用。因此，在转换梁设计 中要考虑腹部开口相对大小和开口位置。 2） 要充分考虑转换梁与上部结构共同工作的程度，通常分为 完全、部分和没有共同工作三种情况来分析，否则会造成梁的 跨中弯矩和支座剪力与实际情况发生很大差异。 3） 尽量避免转换层与下部结构竖向刚度产生突变，对下部结 构在满足建筑物使用功能要求的基础上，应提高下部结构的截 面尺寸，增加剪力墙、提高混凝土的强度等级，一般转换层混 凝土强度等级应不低于C30。 4）设计时要充分考虑施工的可操作性和满足建筑外观的要求
上海理工大学环境与建筑学院
11
2.2梁式转换层结构 (3) 转换层结构的设计原则
高层建筑转换层的设计造成建筑物的刚度发生突变，在水平地 震荷载作用下，转换层上下容易形成薄弱环节，因此在进行高层 建筑转换层设计时，要考虑以下因素： 1）尽可能减少需进行转换的竖向构件，减少转换结构的数量， 控制结构的刚度发生突变； 2）在满足建筑物使用要求的前提下，尽量降低转换层在建筑中 的高度，提高建筑整体稳定性； 3）选择具有明确传力路径的转换层结构形式，便于分析设计和 施工实施； 4）在满足建筑物安全和经济的前提下，设计的转换层刚度不宜 太大。