高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計論述

■才 紅，寧 堯，么巧亭

■1.長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院，吉林 長春 130122;2.長春新星宇建筑安裝有限責(zé)任公司，吉林 長春 130062

對于高層建筑工程來說，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性要求更為嚴(yán)格，為了實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)支架，必須要設(shè)計一種能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)層。梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)為高層建筑支架轉(zhuǎn)換重要組成部分，可以在滿足基礎(chǔ)功能的前提下，提高工程結(jié)構(gòu)的安全性。在對此結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計時，需要從多個角度出發(fā)，做好每個細(xì)節(jié)的研究分析，選擇合適的措施進(jìn)行優(yōu)化，爭取不斷提高工程設(shè)計效果。

1 高層建筑工程梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)傳力途徑為墻－梁－柱(墻)形式，具有傳力明確、清晰、直接特點［1］。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主要作用是承受上部結(jié)構(gòu)傳達(dá)的豎向荷載，以及懸掛下部結(jié)構(gòu)多層荷載力等，這樣就導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在很大的內(nèi)力，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，就需要將對豎向荷載的控制作為研究要點。對高層建筑工程梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)來說，基本上均具有比上部結(jié)構(gòu)大于數(shù)倍的跨度，決定了結(jié)構(gòu)設(shè)計時還需要做好對結(jié)構(gòu)豎向撓度的控制。通常為提高轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸會加大。對高層建筑工程設(shè)計轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，會沿著建筑高度方向?qū)偠染鶆蛐栽斐捎绊?，改變力的傳播途徑，成為豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，需要結(jié)合其所具有的特點來確定設(shè)計要點，選擇措施做好每個環(huán)節(jié)的優(yōu)化分析。

2 高層建筑工程梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

2.1 減少豎向構(gòu)件

在對高層建筑工程梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，需要控制好豎向構(gòu)件的數(shù)量。因為如果工程豎向構(gòu)件數(shù)量較多，會減少轉(zhuǎn)換構(gòu)件數(shù)量，會降低轉(zhuǎn)換效果。當(dāng)整體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層剛度突變減小時，會降低工程整體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的剛度，進(jìn)而都會影響到抗震效果，對工程建設(shè)效果影響比較大。另外，在建筑物豎向高度方向上，在保證轉(zhuǎn)換層存有足夠承載力與剛度前提下，采取靈活的方式來進(jìn)行多處整層布置，或者是在某層局部位置設(shè)置，可以采用分段布置或者間隔布置［2］。

2.2 結(jié)構(gòu)位置布置

要提高轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)位置的合理性，一般情況下應(yīng)將上升位置設(shè)計在比較低的位置，以免轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)位置過高而對框架剪力墻結(jié)構(gòu)剛度與內(nèi)力造成影響，情況嚴(yán)重的甚至?xí)档徒Y(jié)構(gòu)抗震性能。因此必須要做好對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)位置的控制，嚴(yán)格遵守高位轉(zhuǎn)換原理，結(jié)合實際需求來調(diào)整下部框架，提高結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計效果，避免出現(xiàn)軸向變形的問題。按照工程經(jīng)驗與研究結(jié)果，轉(zhuǎn)換構(gòu)件可以采用轉(zhuǎn)換大梁、斜撐、箱形結(jié)構(gòu)以及厚板等形式［3］。

2.3 下部結(jié)構(gòu)剛度

在對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行控制時，需要確保結(jié)構(gòu)上下部之間變形與結(jié)構(gòu)剛度特征的統(tǒng)一性。因此，可以采取提升抗側(cè)剛度的方法，確保建筑結(jié)構(gòu)剛度的均勻性，將剛度質(zhì)量中心與剛度中心完全整合在一起，避免出現(xiàn)中心偏移的情況，不斷提高工程結(jié)構(gòu)的逆轉(zhuǎn)控制性能。同時，在對結(jié)構(gòu)設(shè)計后需要保證簡體結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度比重在下部結(jié)構(gòu)中上升，達(dá)到提高簡體截面的控制效果，將工程結(jié)構(gòu)抗震荷載性能控制在專業(yè)范圍內(nèi)，提高結(jié)構(gòu)抗震、防震性能，對高層建筑工程梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化。

2.4 轉(zhuǎn)換層計算

在對轉(zhuǎn)換層進(jìn)行設(shè)計前，必須要結(jié)合實際情況對各環(huán)節(jié)的所有數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行采集、計算與分析，最終形成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的計算分析結(jié)果直接決定了工程結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，要求設(shè)計人員必須要嚴(yán)格按照受力變形狀況來進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，利用信息技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)完成各項三維立體空間的構(gòu)建。例如在對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算時，設(shè)計人員可以選擇有限元方法對轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部補(bǔ)充與計算，完成各項整體之間的兩層結(jié)構(gòu)模型計算，對各項模型條件做好相應(yīng)的處理，保證所有模型數(shù)據(jù)均能夠滿足實際施工要求。

3 高層建筑工程梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計實例分析

3.1 工程概述

以某高層建筑工程為例，工程主樓地上建筑35層，地下3層，裙樓地上為3層，地下2層，施工時將地下1層樓作為上面結(jié)構(gòu)固定端，并將主要樓層作為一個剪力墻結(jié)構(gòu)，把結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在固定端以上4層位置，使得結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層支架模式變成梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換層標(biāo)高20m，轉(zhuǎn)換層高為6m，轉(zhuǎn)換區(qū)域面積為900㎡，形成一個L格局。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)抗震等級為二級，設(shè)計活荷載為3.5KN/㎡，設(shè)置22根支柱結(jié)構(gòu)，布置成矩形柱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要鋼筋為Ⅲ級鋼(HRB400)，箍筋為的Ⅱ級鋼(HRB335)，混凝土強(qiáng)度等級為C60，核心筒面積大約為48㎡。另外，墻結(jié)構(gòu)設(shè)計厚度為350mm，但是實際施工后中間墻厚度≥200mm，并采用Ⅲ級鋼(HRB400)來作為邊緣構(gòu)建的縱向鋼筋結(jié)構(gòu)。剪力墻鋼筋采用的Ⅱ級鋼(HRB335)，混凝土強(qiáng)度等級為C50，框架支柱梁最大橫截面積為1100mm×2300mm，最大凈跨為7500mm，選擇用Ⅲ級鋼(HRB400)為縱向鋼筋。

3.2 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1)模板支撐系統(tǒng)。在設(shè)計模板支撐系統(tǒng)前，需要從安全角度出發(fā)，利用專業(yè)軟件以及人工組合的方式進(jìn)行精確計算，確定出滿足工程施工建設(shè)需求的安全參數(shù)，以及支撐鋼管的橫截面、跨度、空間間距等數(shù)據(jù)。另外，為提高結(jié)構(gòu)施工的便利性，以及施工材料的利用效果，還需要做好模板裝拆卸便利性的分析。尤其是要做好安裝施工難點的分析設(shè)計，可以通過軟件來設(shè)計出隱藏的分支節(jié)點，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。

(2)轉(zhuǎn)換大梁結(jié)構(gòu)。高層建筑工程梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計，需要對應(yīng)實際結(jié)構(gòu)功能需求來進(jìn)行相應(yīng)分析。例如在對轉(zhuǎn)換大梁進(jìn)行設(shè)計時，需要對詳細(xì)計算結(jié)構(gòu)受力數(shù)據(jù)，依照豎向荷載或者承托建筑結(jié)構(gòu)上部剪力墻內(nèi)容，來完成各項組件的構(gòu)建，為建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。另外，為提高工程各樓板之間的負(fù)載性能，必須要做好對結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度的分析，確保工程結(jié)構(gòu)豎向受力效果滿足專業(yè)設(shè)計要求。

(3)鋼筋下料與綁扎。對于轉(zhuǎn)換梁縱筋來說，具有直徑大、排數(shù)多、數(shù)量多等特點，并且在施工時一般還需要進(jìn)行全長加密處理，構(gòu)造腰筋必須要嚴(yán)格按照受拉鋼筋錨固要求將其錨固在兩端柱子內(nèi)，這就對鋼筋下料與綁扎環(huán)節(jié)的處理提出了更高的要求。設(shè)計時要求每一道梁式轉(zhuǎn)換層鋼筋放樣與所下材料完全滿足專業(yè)設(shè)計要求，并且要與設(shè)計方案對應(yīng)。提前進(jìn)行簡單布局的排列，確定出最符合實際要求的設(shè)計方案，最后在進(jìn)行相應(yīng)的處理，避免下料處理后沒有按照既定規(guī)則來安置鋼筋，影響鋼筋綁扎效果，而對最后混凝土的振搗效果造成影響。

(4)轉(zhuǎn)換層計算。以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性與有效性為目的，對轉(zhuǎn)換層各細(xì)節(jié)做好設(shè)計，改善局部分析的合理性與有效性。在進(jìn)行計算時可以選擇用平面有限元的方式，分析不同數(shù)據(jù)之間的影響，并結(jié)合以往經(jīng)驗來做好各影響因素的控制，按照工程樓層實際情況進(jìn)行計算。另外，為提高計算效果，還應(yīng)對樓層平面內(nèi)剛度實施三維空間盒子模型構(gòu)建，提高模型數(shù)據(jù)與整體高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)控制的有效性。在轉(zhuǎn)換梁截面計算時，如果轉(zhuǎn)換梁承托上部普通框架，在轉(zhuǎn)換梁常用截面尺寸范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換梁受力基本與普通梁相同，可以按普通梁截面設(shè)計方法進(jìn)行配筋計算［4］。

4 結(jié)束語

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在設(shè)計施工時，往往會受到各項因素的影響，為提高其設(shè)計效果，必須要針對結(jié)構(gòu)所具有的特點進(jìn)行分析，嚴(yán)格遵循專業(yè)設(shè)計原則，做好每個細(xì)節(jié)的控制，做好各項數(shù)據(jù)的計算，爭取不斷提高工程建設(shè)效果。

［1］覃永敘.有梁式轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.中華民居(下旬刊)，2013(06).

［2］黃培瑜.探討高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.低碳世界，2014.

［3］張堅淺.論高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.建筑監(jiān)督檢測與造價，2012.

［4］肖雪.淺析高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點［J］.中華民居(下旬刊)，2014.