帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑發(fā)展

范 佳

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑發(fā)展

范 佳

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

在這個經(jīng)濟迅猛發(fā)展的時代，普通的高層建筑已隨處可見，現(xiàn)在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)也開始走入人類的視野當(dāng)中，對于人類居住、辦公以及商業(yè)娛樂的住所又多了一個選擇，同時轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的特殊性能也給人類帶來了方便之處，著重從帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑的歷史進行研究，對于國內(nèi)外該課題發(fā)展以及研究方向進行了詳細(xì)闡述。

高層建筑，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，歷史

0 引言

我國是一個人口巨大的國家，社會不斷的進步，居住環(huán)境也在不斷的提出新的需求，目前建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展帶動著各項經(jīng)濟指標(biāo)的提升，同時要求施工技術(shù)不停地更新，更好的環(huán)境需求以及方便的交通、娛樂。帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)合了商業(yè)和住宅的連接，下疏上密，下部結(jié)構(gòu)空間較大，墻體少，上部結(jié)構(gòu)空間小，墻體多，這種典型的帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑正好順應(yīng)時代的發(fā)展，滿足各類人群的需求。

1 發(fā)展趨勢

高層建筑的不斷發(fā)展，建筑高度不斷的在增加，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中的承托層數(shù)也在不斷遞增，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時對應(yīng)的材料也發(fā)生了新的需求，對于鋼骨混凝土來說，這是一個機遇，國外對于鋼骨混凝土的應(yīng)用比較多，但是國內(nèi)很少見。鋼骨混凝土在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中具有較大的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在其抗震性能要高于普通混凝土，更加有利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，而且鋼骨混凝土更加方便于施工。

國內(nèi)應(yīng)用較多的預(yù)應(yīng)力混凝土相比于前期剛引入市場時，性能有了顯著的提高，但是價格逐漸趨于合理的范圍，更易于被人們所接受，其自重較輕的特點可以節(jié)省原材料的應(yīng)用數(shù)量，同時可以更好的控制裂縫和撓度的變化，更加適用于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力的施加可以減少轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸，避免“強梁弱柱”現(xiàn)象的發(fā)生，改善結(jié)構(gòu)的受力環(huán)境，更好的控制構(gòu)件各種性能。

如何改善轉(zhuǎn)換梁的受力性能是一個非常重要的課題，轉(zhuǎn)換梁受剪力比較大，需要更大的截面尺寸來承受剪力。對于轉(zhuǎn)換層不同的承托層數(shù)有不同的梁截面尺寸，根據(jù)相關(guān)的工程經(jīng)驗，大致可以分為三種截面尺寸，當(dāng)承托層數(shù)較小，尺寸較小(0.9 m～1.4 m)，結(jié)構(gòu)跨度大且承托層層數(shù)較多時，采用較大的截面尺寸(4.0 m～8.0 m)，其他的采用普通截面尺寸(1.4 m～4 m)。

2 國外研究現(xiàn)狀

國外對于帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑研究比較早，而且已經(jīng)形成相對成熟的理論。從1929年開始，國外已經(jīng)開始研究這種結(jié)構(gòu)，首先是設(shè)想，當(dāng)時看起來是那么不切實際，但是并沒有阻止Mate[1-4]的研究，他首先使用框架結(jié)構(gòu)將建筑的底部基層變成較大的空間，在建筑的上部隔成較多小房間，每個小房間用傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)區(qū)分開來，這種結(jié)構(gòu)當(dāng)時被他叫做柔性低層大空間建筑，之后的學(xué)者在他的基礎(chǔ)上進一步研究和細(xì)化，通過簡單的轉(zhuǎn)化增加了建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的抵抗性能，對這種結(jié)構(gòu)加以肯定，確定其發(fā)展有利于人類的文明。

理論的不斷完善和深化，使得各國皆開始研究，前蘇聯(lián)和東歐通過理論建成了許多建筑，都是下部大空間，上部是小空間。同時滿足結(jié)構(gòu)的剛度要求，但是歷史上的地震超過了7.2級，對于這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大的影響作用，具體是1964年—1988年的前南斯拉夫的可比耶大地震等地震對這種結(jié)構(gòu)沒有留情，這種結(jié)構(gòu)在地震來臨時，呈現(xiàn)出較低的抗震性能，遭到了重大的地震破壞，特別是下部結(jié)構(gòu)，引發(fā)了人們的進一步研究，如何增強建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

之后學(xué)者通過位移變形[5]增強了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑的抗震性能，這是一個里程碑式實驗成果，通過控制每層的樓層位移和層間位移角，控制這兩種數(shù)據(jù)值的大小在合理的極限范圍內(nèi)，可以提高其抗震性能。

1972年Green通過對剪力墻的分析和研究，建立了有機玻璃模型，在全世界范圍內(nèi)，提出了傳力拱的概念，在有限元分析當(dāng)中，進行了詳細(xì)的論證說明。發(fā)現(xiàn)模型的應(yīng)力分布與有限元計算的結(jié)果是一致的，因此得出可以通過有限元計算模型對于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進行深入的研究。

3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)的研究比較晚，但是在1981年—1983年之間，高層結(jié)構(gòu)的底部大空間建筑通過不斷的試驗進行完善[6，7]，終于模擬出了一個類似于轉(zhuǎn)換層的高層結(jié)構(gòu)，該高層結(jié)構(gòu)有12層，底部大開間，采用的是框架結(jié)構(gòu)，上部是小開間，采用的是剪力墻結(jié)構(gòu)。該模擬結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，為該課題的研究開辟了一條新的道路，課題組開始對該模擬進行各種試驗研究，將低層大開間的落地剪力墻構(gòu)件進行加強，降低上部剪力墻的剛度，而且還模擬一次地震，但是這次的結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生較大的破壞，正是由于這個模擬試驗，專家組在大連建設(shè)了友好廣場。

之后該建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展得到了學(xué)者的響應(yīng)，1984年，中國建筑科學(xué)研究院也開始試驗研究，研究的對象是一座12層的高層建筑，下部為柔性大空間體系，上部是魚骨式剪力墻。同時開始研究一棟32層的有機玻璃模型[8，9]，通過對該模型的靜力試驗研究，得出了結(jié)論，該建筑可以承受一定的地震作用而不致于發(fā)生較大的破壞，同一時間的清華大學(xué)的學(xué)者也進行了相關(guān)的研究，得出了同樣的結(jié)論。1998年，上海同濟大學(xué)設(shè)計并組織施工，建設(shè)興聯(lián)大廈，采用的就是這種結(jié)構(gòu)，并且做了相關(guān)的試驗，滿足結(jié)構(gòu)性能要求。目前我國的大部分研究方向還是梁式轉(zhuǎn)換類型，跟國外相比，研究的方向有待于擴展。

從開始研究到現(xiàn)在，時間大約有30年，形成的理論研究方法有3種：1)通過實際工程的實測數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)；2)通過優(yōu)先于軟件進行分析；3)建立模型進行地震分析研究。轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)列入了特殊的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，在抗震規(guī)范中有一條明確了這種結(jié)構(gòu)的抗震性能要求。

4 結(jié)語

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑的發(fā)展是一個順應(yīng)時代的產(chǎn)物，而且將會是以后國家發(fā)展的趨勢，通過國外先進經(jīng)驗的學(xué)習(xí)和推廣，不斷探尋該種建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向，深化研究內(nèi)容，將有利于我國高層建筑的發(fā)展。

[1] Housner·GW.Behavior of structures during Earthquakes[J].Engineering Structures,1959,85(4):158-169.

[2] D R Green.The interaction of solid walls and their supporting structures[J].Building Science，1972(7)：76-77.

[3] Nutt，Land Haworth，P Grosvenor Place.Sydney Report on Transfer System Partl-Assessment of Transfer Frames.Nov,1984.

[4] Moehle J.P·Displacement based design of RC structural//Erva,ed.l Oth World Conf.on Earthquake Eng.Mexico,1992.

[5] 錢家茹，羅文斌.建筑結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu)，2001,31(4)：62-63.

[6] 底層大空間剪力墻研究組.底層大空間結(jié)構(gòu)十二層模型試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,1989(2)：69-70.

[7] 徐培福.底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[J].建筑科學(xué),1989(4)：96-97.

[8] 陳超云，傅學(xué)怡.轉(zhuǎn)換梁剛度對柱支剪力墻梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)抗震性能的影響[J].建筑科學(xué),2004，20(1)：80-81.

[9] 季 靜，趙書寧，韓小雷,等.復(fù)雜高層建筑的模擬地震振動臺試驗[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007(3)：57-58.

Developmentofhigh-risebuildingswithconversion

FanJia

(ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China)

In this era of rapid economic development, ordinary high-rise buildings are now everywhere. Now the conversion layer structure has begun to enter the human vision. For human habitation, office and commercial entertainment, another choice has appeared. At the same time the special performance of the conversion layer structure has also brought convenience to mankind. This paper focuses on the history of high-rise buildings with transfer floor, and expounds the development and research direction of this topic at home and abroad.

high-rise building, conversion layer structure, history

2017-10-02

范 佳(1985- )，男，工程師

1009-6825(2017)35-0037-02

TU973

A