帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計要點

畢重薪 李 卿

(遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧本溪 117199)

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑越來越多，因建筑功能需要，下部為大空間，上部豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地而通過水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與下部豎向構(gòu)件連接構(gòu)成的高層建筑結(jié)構(gòu)為帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)。因此設計時應從結(jié)構(gòu)布置、樓蓋結(jié)構(gòu)、整體轉(zhuǎn)換和局部轉(zhuǎn)換采取一定的設計措施來保證建筑的抗震性能。

1 結(jié)構(gòu)布置［1，2］

帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置除應符合《建筑抗震設計規(guī)范》《高規(guī)》等對于建筑結(jié)構(gòu)的平面及豎向布置的規(guī)定外，還應滿足以下規(guī)定:

1)不應對邊榀剪力墻進行框支轉(zhuǎn)換;不應在結(jié)構(gòu)底部抽取角柱，形成托柱轉(zhuǎn)換，不應在角部剪力墻的底部開設轉(zhuǎn)角大洞形成框支轉(zhuǎn)換。

2)純框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度小，地震力作用下側(cè)向變形大，下部為大空間且?guī)мD(zhuǎn)換層框架下柔上剛在地震力作用下非常容易破壞，所以必須設置落地剪力墻來提高建筑物抗震性能。

落地剪力墻和框支柱應符合下列條件:

a.落地剪力墻應對稱、成對布置，優(yōu)先采用型鋼混凝土剪力墻，相對普通混凝土剪力墻，型鋼混凝土剪力墻抗震性能好，耗能系數(shù)高，減少了截面面積，提高了承載力，能有效降低層最大剪力、最大位移和層間位移角。

b.框支柱可以選用型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱、柱內(nèi)部設置芯柱的鋼筋混凝土柱，這些柱能有效降低軸壓比，具有承載力大，延性好的優(yōu)點。

c.轉(zhuǎn)換層周圍樓板不應錯層布置，不應在大空間范圍內(nèi)開大洞口。樓梯間、電梯間處周圍的落地剪力墻應圍成筒體。

3)轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)剛度的突變對建筑物抗震非常不利，結(jié)構(gòu)設計時首先應該增強轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，同時減小轉(zhuǎn)換層上部的抗側(cè)剛度，最終要使轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)剛度相差不大?？拐鹪O計時，結(jié)構(gòu)的地震作用效應不僅與剛度有關(guān)，還與其質(zhì)量有關(guān)。結(jié)構(gòu)的動力性能取決于結(jié)構(gòu)質(zhì)量、阻尼和剛度。在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)換層一般集中較大的質(zhì)量，其質(zhì)量對下部結(jié)構(gòu)的動力特性影響較大，但對上部結(jié)構(gòu)的動力特性影響較小，結(jié)構(gòu)設計中采用的等效抗側(cè)剛度比意義就不大了。轉(zhuǎn)換層位置越高，轉(zhuǎn)換層上下部結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形效應越大，轉(zhuǎn)換層上下部結(jié)構(gòu)等效側(cè)向剛度比的作用更加有限。

綜上所述，根據(jù)地震作用效應來控制比較合理。因此建議采用轉(zhuǎn)換層下、上層結(jié)構(gòu)層間位移角比來控制轉(zhuǎn)換層下上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力和位移突變。轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)層間位移角比能準確反映轉(zhuǎn)換層上下部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度比、質(zhì)量比、樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力比，對抗震設計有重要的意義。

2 樓蓋結(jié)構(gòu)

2.1 樓蓋作用及選型原則

樓蓋對于建筑結(jié)構(gòu)作用非常重要，作用如下:

1)承受豎向荷載，將豎向荷載傳遞給梁、柱、墻、基礎(chǔ)。2)提供足夠的面內(nèi)剛度，傳遞水平荷載到各個豎向抗側(cè)力構(gòu)件，使得整個結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)工作。

樓蓋的選型原則:1)應有足夠的承載力和面外剛度。2)應有足夠的面內(nèi)剛度，且整體性好。3)樓蓋自重要輕。

2.2 樓蓋構(gòu)造

1)轉(zhuǎn)換層樓板在平面內(nèi)承受并傳遞很大的內(nèi)力，其面內(nèi)剛度大小對大空間層豎向構(gòu)件的內(nèi)力分配影響很大，所以樓板應當加厚，厚度不小于180 cm，且應雙向雙層配筋，樓板中的鋼筋應錨固在邊梁或墻體中，樓蓋建議選用雙向組合梁樓蓋，這種樓蓋自重輕，抗震性能好，能有效發(fā)揮鋼梁抗拉和混凝土抗壓作用。

2)頂層樓板厚度不小于120 cm，加厚頂層樓板可有效約束整個高層建筑，使其能整體工作;普通地下室頂板厚度不小于160 cm;作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室的頂層樓板應采用梁板結(jié)構(gòu)，厚度不小于180 cm，混凝土強度等級不小于C30，采用雙向雙層配筋。

3)采用預應力樓板時，應考慮合理的施工方案，采用板邊留縫以張拉和錨固預應力鋼筋，或者在板中部預留后澆帶，待張拉預應力鋼筋后再澆筑。

4)工程實際表明:在樓板上開樓梯間、電梯間、管道井以及廚房、衛(wèi)生間等的小洞，只要洞口均勻分散，則樓蓋在自身平面內(nèi)仍具有足夠的剛度和良好的整體性，能很好的傳遞水平荷載，可以按照自身平面內(nèi)剛度為無限大的假定來分析建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移。

5)設計中應避免在剪力墻兩側(cè)樓板開洞。由于假定樓板剛度無限大，計算中認為已發(fā)揮作用，但由于剪力墻兩側(cè)樓板全部開洞，造成樓板并不能將水平力有效傳遞給此片剪力墻，實際受力和計算假定差異很大，可能會引起其他抗側(cè)力構(gòu)件的承載力不安全，所以應使樓板洞口盡可能小，并應采取其他有效構(gòu)造措施保證水平力能可靠地傳遞到該片剪力墻上。

6)樓板開大洞削弱后，可采取以下構(gòu)造措施:加厚洞口附近樓板，提高樓板的配筋率，采用雙層雙向配筋，每層、每向配筋率不少于0.25%;洞口邊應設邊梁、暗梁，暗梁寬度為板厚的2倍，縱向鋼筋配筋率不小于1%;在樓板洞口角部集中配置斜向鋼筋。

3 整體轉(zhuǎn)換和局部轉(zhuǎn)換［3，4］

整體轉(zhuǎn)換就是某一層全用作轉(zhuǎn)換，局部轉(zhuǎn)換就是某一層僅局部用來轉(zhuǎn)換。

整體轉(zhuǎn)換缺點明顯:間接傳力，傳力路徑不直接，結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)換層分為上下兩部分，上下結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變，結(jié)構(gòu)抗震性能差，地震力作用下容易形成薄弱層，大震時易倒塌。局部轉(zhuǎn)換同樣存在間接傳力、傳力路徑復雜的缺點，但由于只是樓層局部用來轉(zhuǎn)換，樓層剛度變化不明顯，結(jié)構(gòu)整體側(cè)向剛度變化不大，故而局部轉(zhuǎn)換對建筑的抗震性能影響不大。

由框支剪力墻和其他落地剪力墻滿足一定間距要求組成的底部大空間部分框支—剪力墻結(jié)構(gòu)，當?shù)孛嬉陨系拇罂臻g層數(shù)越多即轉(zhuǎn)換層位置越高時，轉(zhuǎn)換層上下剛度突變越大，層間位移角的突變越大，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)也嚴重。同時造成落地墻或筒體易受彎產(chǎn)生裂縫，引起框支柱內(nèi)力增大，轉(zhuǎn)換層上部的墻體易于破壞，不利于抗震。

整體轉(zhuǎn)換時，轉(zhuǎn)換層的高度對建筑結(jié)構(gòu)抗震性能影響很大，相對而言，轉(zhuǎn)換層越高，轉(zhuǎn)換層以下各層構(gòu)件的受力越不合理，延性越差，因此，剪力墻底部加強部位越高，對構(gòu)件的抗震等級要求越高。

總之，整體轉(zhuǎn)換時，對轉(zhuǎn)換層樓板及相鄰層樓板的面內(nèi)剛度和整體性有很高的要求。而對局部轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，對樓板的這個要求是局部性的，只要滿足局部轉(zhuǎn)換部位的水平力傳遞和整體性要求即可。

4 結(jié)語

根據(jù)建筑平面及功能要求合理結(jié)構(gòu)布置，正確選擇建筑抗震類別是轉(zhuǎn)換層設計的關(guān)鍵點，正確選擇各分部的抗震等級，構(gòu)件設計應注重抗震延性設計的概念，對主要構(gòu)件進行加強是設計的重點。

［1］ 黃勤勇，呂西林.轉(zhuǎn)換層上、下剛度比對框支剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的影響［J］.結(jié)構(gòu)工程師，2003(1):17-23.

［2］ 張?zhí)m英，李艷娜，吳慶蓀.帶高位轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應分析［J］.工業(yè)建筑，2003，33(6):24-27.

［3］ 婁 宇，魏 璉，丁大鈞.梁式轉(zhuǎn)換層設計中的一些問題的探討［J］.四川建筑科學研究，1996(1):7-11.

［4］ 徐培福.復雜高層建筑結(jié)構(gòu)設計［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.