桁架转换层高层结构抗震性能分析

桁架转换层的高层结构抗震性能分析摘要：随着高层建筑的迅速发展，建筑功能的要求也日益复杂化，建筑结构常常需要用结构转换层来完成上、下层建筑物结构的转换。

桁架转换层因其特殊的优点，使其在工程的运用比较广泛,因此本文在综合分析对比各种转换层的基础上，阐述了桁架转换层的薄弱环节，以及常用的结构抗震分析方法。

对以后的相关设计，施工人员在进行桁架转换层的设计施工是有比较大的实用性。

关键词：高层建筑结构；转换层；转换桁架；结构抗震分析。

1. 高层结构转换层的简介带转换层结构设计概念最初是由前苏联和东欧的学者于五、六十年代提出，他们提出了柔性底层房屋的方案即是上部各层为剪力墙，下部为框架的结构体系，这也是首次通过设置转换层而取得底层大空间的尝试；但是，实践表明柔性底层房屋并不具有人们所期望的隔震、抗震能力，底层框架柱不能承受过大变形，在地震中容易破坏而使整座建筑物倒塌。

我国在这方面的研究及实际工程应用始于70年代中期，1975年首先在上海天日路建成一栋13层底层大开间框架上部剪力墙的住宅，并对其进行了现场应力实测、光弹性试验、钢筋混凝土模型试验及框支剪力墙有限元分析等一系列研究。

这些研究为底部大空间剪力墙结构的整体刚度和楼层相对刚度的选择和控制，提供了试验和理论上的技术依据。

1.1 高层结构转换层的分类随着高层建筑的发展，因建筑功能需要下部大空间，上部部分竖向构件不能直接连续贯通落地而在高层建筑中设置转换层。

转换结构一般可归纳为4种基本形式：梁式、桁架式、箱形、厚板。

2 高层建筑桁架转换层结构2.1 桁架转换层结构的受力分析转换桁架主要用于承受竖向荷载，转换桁架的受力特征主要表现为竖向荷载作用下的受力规律。

转换桁架的工作机制可视为由多根截面较大的弦杆(梁)共同承担上部荷载的工作机制，各腹杆改变了竖向荷载的传力方向和位置，起卸载作用。

根据桁架腹杆的分布情况的不同，高层建筑转换桁架的结构形式主要有：空腹桁架、斜杆桁架、交叉桁架：但由于转换桁架承受的竖向荷载往往是相当大的，有时上部较高的荷载，单层的转换桁架在计算上无法满足结构要求，此时就必须设置双层或多层的转换桁架结构，即叠层桁架转换体系，当然还包括由于建筑立面美观或结构简化受力的目的而采用的无竖腹杆的交叉斜杆桁架；以及由于桁架受力较大，为更好的保证桁架端部与柱的锚固及减小桁架端部柱的内力，实际工程中往往将桁架体系伸过所要转换跨的下一跨。

关于高层建筑抗震的结构设计探讨本文主要介绍桁架转换层结构设计原则及要求，并对梁式转换层、单层钢桁架转换层和迭层钢桁架转换层的受力特点进行对比，分析其影响因素，为高层建筑提出相对的方案。

一前言目前高层建筑中，梁式转换层结构应用最为普遍，其主要优势是实现了垂直转换，但如果在托柱形式的梁式转换层中，如果转换梁跨度很大，承托层数较多时，其上部框架柱传递下来的竖向荷载将会很大，就会导致转换梁的截面尺寸过大，实际实施中应用就必须考虑到这点。

另外，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。

因此，有必要寻求新的转换结构形式来替代转换大梁。

理论分析和工程实践表明采用单层或迭层桁架结构替代转换梁作为转换层结构是一种较为可行的方案。

二桁架转换层的主要形式桁架转换层分为单层桁架与迭层桁架，其中又包括斜腹桁架和空腹桁架。

空腹桁架又包括等节间空腹桁架，不节间空腹桁架，混合空腹桁架。

桁架转换层构件可用钢筋混凝土结构、预应力结构、钢结构，在实际工程中精架式转换结构多采用混凝土结构或预应力混凝土结构，对于大跨度钢桁架结构转换层，虽然传力明确，传力途径清楚，但构造和施工复杂，实际结构并不是很多，做的实验也比较少。

采用斜杆桁架、空腹桁架或迭层桁架作转换构件时，桁架下弦宜施加预应力，形成预应力混凝土桁架转换构件，以减小囚桁架下弦轴向变形过大而引起精架及带桁架转换层高层建筑结构在竖向荷载下次内力的影响和提高转换桁架的抗裂度和刚度。

采用转换桁架将框架一核心筒结构、筒中筒结构的上部密柱转换为下部稀柱时，转换桁架宜满层设置，其斜杆的交点宜为上部密柱的支点。

采用空腹精架转换层时，空腹桁架宜满层设置，应有足够的刚度保证其整体受力作用。

三转换层结构的设计原则⑴转换层的一般设计原则①减少转换。

布置转换层时，当上下主体是竖向结构时，尤其对于有框架核心筒结构中核心筒的情况时，应该注意使尽可能多的上部竖向结构，并且能向下落地连续贯通。

带转换层复杂高层建筑结构抗震性能化设计分析发布时间：2021-12-02T09:37:06.426Z 来源：《建筑实践》2021年22期8月作者：邱燕华[导读] 在技术进步和城市地价不断上涨的大环境下，高层建筑成为了目前建筑主体的主要发展趋势，所以复杂高层建筑（带转换层）的比例在不断上升邱燕华广东省轻纺建筑设计有限公司摘要：在技术进步和城市地价不断上涨的大环境下，高层建筑成为了目前建筑主体的主要发展趋势，所以复杂高层建筑（带转换层）的比例在不断上升。

结合目前的高层建筑施工建设发现在建筑设计以及施工的时候需要注意多个方面，其中最为重要的一项内容是抗震性能，因为其影响着建筑的稳定性与安全性。

结合工程案例进行分析，带转换层的高层建筑结构更加的复杂，所以在抗震设计中需要强调的内容更多。

文章对带转换层的高层建筑结构抗震性能设计进行分析与讨论，旨在指导当前的实践工作。

关键词：高层建筑；结构；抗震性能在建筑设计与施工的过程中，立足于建筑稳定与安全进行设计，并对施工内容等进行强调有突出的现实意义。

结合目前的实践做分析可知带转换层的高层建筑结构具有复杂性，所以结构设计方面的难度会更大，因此要对结构设计工作进行更全面的分析。

在建筑结构设计的过程中，抗震性能是必须要考虑的，因此基于具体的抗震要求和标准对建筑的结构进行分析与设计，并结合整体进行结构优化有突出的现实意义。

一、高层建筑结构抗震性能的影响因素立足于目前的实践进行分析，高层建筑结构抗震性能具体影响因素主要如下。

第一是高层建筑的结构稳定性。

对带转换层的高层建筑进行分析，其是否稳定与自身的结构有密切的关系[1]。

高层建筑的结构受力会因为高度差异而出现变化，比如高层建筑的底部、中间部位以及顶部的受力是显著不同的，因为不同区域的结果荷载有明显的区别。

在这种情况下，建筑结构要保持稳定，需要基于不同受力对不同位置的结构进行分析与优化，这样，建筑结构自身的稳定性才能够得到保证。

第38卷第3期建 筑 结 构2008年3月带高位大跨钢桁架转换层建筑结构动力分析刘劲松1裘 涛2王翠坤3刘军进3[提要] 根据一栋带高位大跨钢桁架转换层建筑结构实际工程,建立了考虑楼板面内弹性变形高精度有限元空间质点系计算模型,进行了采用Ri tz 法求解技术的模态分析、单点加速度响应地震反应谱分析和时程分析。

结果表明,转换钢桁架产生局部振型,形成结构薄弱环节,结构主振周期对应着地震力贡献最大的振型;转换钢桁架位置较高及其相邻层质量悬殊,使得高振型对结构动力特性影响显著;结构竖向刚度的非连续性改变了层地震力的分布,转换层及其上部结构层间位移角突变,主体结构与钢桁架平面外变形差异较大;地震波的频谱特性引起主体结构对El Ce ntro 波地震响应最强烈,而转换钢桁架局部对人工波地震响应最强烈。

[关键词] 高层建筑 钢桁架 转换层 模态分析 地震反应Dynamic Analysis on Build ing with Tr an sfer Ste el T russes Located at a H igher Level Authors:Liu Jinsong 1,Qiu Tao 2,Wang Cuikun 3,Liu Junjin 3(1Arc hitectura l Design and Resea rch Institute,Southeast Uni versity,Nanjing 210096,China;2Arc hitectural Desi gn a nd Resea rch Institute,Zhejiang University,Ha ngzhou 310027,China;3Institute of Building Structure s,C ABR,Beijing 100013,China)Abstrac t :Acco rding to a c onstructio n projec t of tall building with transfe r steel trusses loc ated at a higher leve r,a three -dimension c alc ula ting model c onsidering the in -plate elastic defor mation of floor is built,in which the high -precision finite e le me nt method with bea m a nd shell elements is used.To study the seismic pe rformance o f the structure,mode -frequenc y a nalysis with Ritz solution,single -point a ccelera tion response spec trum a na lysis and time history a nalysis a re a pplied.It is indica ted that so me modes cor respo nding to the ma xi mum of ea rthqua ke force a re principa l,but o thers pr oduced by steel trusse s are local because of the wea kness o f theirs joints.Highe r -mode s can a ffect the dynamic performance of the structure e vidently when transfe r steel trusses are located at a higher leve l.The salta tion of ea rthqua ke force along the height of building is ca used by the discontinuous stiffness of the structure,which leads the story drift a ngle of struc ture to inc rease.The defor ma tion difference betwe en the main structure a nd steel trusses in Y direc tion is distinc t under ea rthqua ke wa ves.In the seismic response s of main structure caused by a rtificial wave,site wa ve and El Ce ntro wave,that c aused by El Centro is the mo st inte nse one,but in the seismic response s of tra nsfer steel trusses,that caused by the a rtificial wa ve is the most intense one,which a re caused by the spe ctrum charac te ristics of ea rthquake wa ves.K eyword s :tall building;ste el truss;transfer storie s;mode -frequenc y analysis;earthquake response作者简介:刘劲松(1971-),合肥人,博士,E -mail:pinesliu@ 1东南大学建筑设计研究院,南京,210096;2浙江大学建筑设计研究院,杭州,310029;3中国建筑科学研究院建筑结构研究所,北京,100013。

预应力混凝土桁架转换层高层建筑结构设计分析引言：转换层对于整个的高层建筑来说正是处在一个比较关键的受力部位，由于高层建筑当中转换层的存在打破了沿着建筑物高度的方向原有的那种均匀性的高度，这也就导致了高层建筑当中力的传递途径被大大的改变了。

所以说在进行高层建筑转换层的设计的时候不能够采用均匀的结构来进行设计，随着预应力混凝土在建筑工程当中的广泛应用，从预应力混凝土在建筑工程的应用当中我们能够看出，预应力混凝土结构具有着十分高的承载力以及抗裂性，并且预应力混凝土的自重是比较轻的，相对于建筑工程当中的传统做法来说能够更好的节省钢筋以及混凝土，在对建筑物的质量进行保证的前提之下能够帮助工程创造出更好的经济以及社会效益。

一、布置原则概述通过很多的工程实践当中我们能够看出，在进行预应力转换桁架的设计的时候通常来说都是需要结合高层建筑的功能要求以及结构传力的实际，一处或者是多处的不止在高层建筑物的高度的方向上，具体的要求上必须要满足规范中要求的桁架转换层上、下层剪切刚度比，保证高层建筑竖向刚度的连续性。

同时还需要进行考虑的就是要尽量的去避免抗震建筑设计上的高位转换。

如果说在在高层建筑的建筑功能上必须要求继续拧高位转换的话，那么桁架转换层结构就是首选的结构了，这个结构能够有效的减少震害。

从实践经验当中我们能够看出，在高层建筑转换桁架的要求必须为竖向承重构件，并且还需要满足的就是必须是抗侧力构件。

在平面上进行相应的布置的时候应该遵守的原则就是均匀、分散、对称、周边，需要保证的就是切实的避免因为扭转对建筑物造成伤害。

二、结构设计与构造要求（一）设计的原则分析在预应力混凝土桁架转换层的高层建筑结构设计中的设计原则主要可以总结到一下几点：第一，强化转换层及其下部，弱化转换层上部；第二，强斜腹杆、强节点；第三，强柱弱梁、强边柱、弱中柱。

上面说的几点设计原则都是经过了多次的实验以及实践进行证明了的结果，如果在高层建筑结构设计当中按照上面的设计原则进行设计的话，带桁架转换层结构在高层建筑当中的应用是具有着非常好的延性的，能够有效的进行工程抗震。

高层建筑结构抗震性能分析与优化设计
高层建筑是城市中不可或缺的一部分，然而在地震等自然灾害面前，其结构的抗震性能问题也备受关注。

因此，对高层建筑结构抗震性能的分析和优化设计显得尤为重要。

首先，对于高层建筑的结构抗震性能，我们需要考虑到地震对建筑物的影响。

地震是一种破坏性极强的自然灾害，其波动会对建筑物的结构造成巨大的冲击力，从而使其产生变形和破坏。

因此，在设计高层建筑时，必须要充分考虑到地震对建筑物的影响，以确保其在地震时能够保持稳定。

其次，为了提高高层建筑的结构抗震性能，我们需要采取一系列优化措施。

例如，在设计时应该尽可能采用抗震性能好的材料，如钢材、混凝土等。

此外，还可以通过加固墙体、设置支撑结构等措施来提高建筑物的整体稳定性。

另外，在建筑物的设计过程中，还应该考虑到地震活动的级别和频率，以便更好地设计出适合该区域地震条件的建筑结构。

除此之外，在高层建筑的施工过程中，还需要严格执行相关规范和标准，以确保建筑物的质量和安全性。

同时，在建筑物的使用过程中也需要进行定期检查和维护，以确保其结构的稳定性和安全性。

总之，高层建筑结构抗震性能分析与优化设计是一项非常重要的工作。

只有在充分考虑到地震对建筑物的影响，并采取一系列优化措施的情况下，我们才能够设计出更加稳定和安全的高层建筑。

高层钢交错桁架结构基于性能的抗震分析与设计方法研究的开题报告一、研究背景与意义地震是一种不可避免的自然灾害。

尤其是在一些高度经济发达的地区，地震对城市的破坏力更是无法忽略。

高层建筑作为城市的地标性建筑，其抗震能力的强弱直接关系到城市的安全性和发展。

因此，高层建筑的抗震设计一直是建筑设计领域中一个重要的课题。

高层钢交错桁架结构作为一种新兴的抗震结构体系，其抗震性能优秀，逐渐得到了人们的广泛认可和使用。

近年来，关于高层钢交错桁架结构的研究越来越多，但其抗震设计方法方面还存在不足，需要进一步完善和优化。

本文旨在探讨基于性能的高层钢交错桁架结构抗震分析与设计方法，提高其抗震性能和安全性，为高层建筑的抗震设计提供一定的理论和实践参考。

二、研究内容和方法本文将围绕高层钢交错桁架结构的抗震分析与设计方法展开具体研究。

主要分为以下两个方面：1.理论分析：将对高层钢交错桁架结构的构造特点、抗震性能和设计原理等理论知识进行深入分析和研究。

同时，对国内外相关研究文献进行综合梳理和分析，总结归纳其中的优缺点和适用范围，为后续实践研究提供理论基础和借鉴经验。

2.实践研究：在理论分析的基础上，将选取具有典型性和代表性的高层钢交错桁架结构进行实际抗震设计。

本研究将采用基于性能的设计方法，结合现代计算机技术进行有限元分析和数值模拟，对不同工况下的结构反应进行动力响应分析和安全性评估，进一步提高结构的抗震性能和安全性。

三、预期研究成果1.对高层钢交错桁架结构的构造特点、抗震性能和设计原理等理论知识进行深入分析和总结，为后续实践研究提供理论基础和借鉴经验。

2.基于性能的高层钢交错桁架结构抗震分析与设计方法，将提高结构的抗震性能和安全性，并为高层建筑的抗震设计提供一定的理论和实践参考。

3.结构反应的动态响应分析和安全性评估结果，将为高层钢交错桁架结构的实际应用提供有力的技术支持和保障。