文档介绍：第 9 章复杂高层建筑结构设计
近年来,国内外高层建筑发展迅速,现代高层建筑向着体型复杂、功能多样的综合性发展。这
一方面为人们提供了良好的生活环境和工作条件,体现了建筑设计的人性化理念;另一方面也使建筑
结构受力复杂、抗震性能变差、结构分析和设计方法复杂化。因此,从结构受力和抗震性能方面来说,
工程设计中不宜采用复杂高层建筑结构,但实际工程中往往会遇到这些复杂结构,如带转换层的结构、
带加强层的结构、错层结构和多塔楼结构等。为了使读者对这些复杂结构有所了解,本章简要介绍其
受力特点和设计方法。
带转换层高层建筑结构
在同一幢高层建筑中,沿房屋高度方向建筑功能有时
会发生变化。如下部楼层用作商业、文化娱乐,需要尽可能
大的室内空间,要求柱网大、墙体少;中部楼层作为办公用公寓
(小空间)
房,需要中等的室内空间,可以在柱网中布置一定数量的墙
体;上部楼层作为宾馆、住宅等用房,需要采用小柱网或布
置较多的墙体,如图 所示。为了满足上述使用功能要
求,结构设计时,上部楼层可采用室内空间较小的剪力墙结
办公室
构,中部楼层可采用框架-剪力墙结构,下部楼层则可布置转换构件(中、小空间)
为框架结构。为了实现这种结构布置,必须在两种结构体系
转换的楼层设置水平转换构件,即形成带转层的结构
商业
(structure with transfer story)。一般地,当高层建筑下部楼(大空间)
层在竖向结构体系或形式上与上部楼层差异较大,或者下部
楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时,就
图 建筑功能与结构布置
必须在结构体系或形式改变的楼层设置结构转换层。
转换层的分类及主要结构形式
1. 转换层的分类
(1)上、下部结构类型的转换。在剪力墙结构或框架-剪力墙结构中,当拟在底部设置商用房或
其他需要较大空间的公用房间时,可以将全部剪力墙或部分剪力墙通过转换层变为框架结构,形成底
部大空间剪力墙结构,这种用下部框架柱支承上部剪力墙的结构,亦称为框支剪力墙结构。
(2)上、下部柱网和轴线的改变。在筒中筒结构中,外框筒为密柱深梁,无法为建筑物提供较
大的出入口,此时可沿外框筒周边柱列设置转换层使下部柱的柱距扩大,形成大柱网,以满足设置较
大出入口的需要,但转换层上、下部的结构类型并没有改变。
(3)上、下部结构类型和柱网均改变。在框支剪力墙结构中,上部楼层一般为住宅建筑,采用
适合于住宅平面组合轴线布置的剪力墙结构体系,而下部楼层一般为商用房,可能采用大空间轴线布
置的框架结构体系。这种结构体系不仅上、下部结构类型不同,而且上、下部的轴线也不一定对齐,
需要设置转换层来实现力的传递。实际工程中的带转换层高层建筑结构多为这种情况。
2. 转换层的主要结构形式
从转换层结构的概念来看,建筑物上部结构与地基之间的基础也是一种转换结构。因此,钢筋混
凝土梁式、板式基础(包括柱下条形基础、交叉梁基础、筏形基础、箱形基础等)的结构形式也可作
为建筑物上部结构之间的转换层结构形式。
目前,工程中应用的转换层结构形式主要有:梁式、斜杆桁架式、空腹桁架式、箱形和板式等,
如图 所示。
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(a) (b) (c) (d)
(e) (f) (g)
图 转换层结构形式
梁式转换层[图 (a)]具有传力直接、明确、受力性能好、构造简单和施工方便等优点,一
般应用于底部大空间剪力墙结构体系中,是目前应用最多的一种转换层结构形式。转换梁可沿纵向或
横向平行布置,当需要纵、横向同时转换时,可采用双向梁的布置方案[图 (f)]。
当上、下部柱网轴线错开较多,难以用梁直接承托时,则可作成厚板,形成板式转换层[图
(g)] 。板式转换层的下层柱网可以灵活布置,施工简单,但自重大,材料耗费较多。
在梁式转换层结构中,当转换梁跨度很大且承托层数较多时,转换梁的截面尺寸将很大,造成结
构经济指标上升,结构方案不合理。另外,采用转换梁也不利于大型管道等设备系统的布置和转换层
建筑空间的充分利用。因此,采用桁架结构代替转换梁作为转换层结构是一种较为合理可行的方案。
桁架式转换层具有受力性能好,结构自重较轻、经济指标好以及充分利用建筑空间等优点,但其构造
和施工复杂。这种转换层有斜杆桁架式[图 (b)]、空腹桁架式[图 (c)]等。
单向托梁或双向托梁与其上、下层较厚的楼板共同工作,可以形成整体刚度很大的箱形转换层[图
(d)]。箱形转换层是利用原有的上、下层楼板和剪力墙经过加强后组成的