關(guān)于高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

凌柳青

安徽省歙縣建筑設(shè)計(jì)院

關(guān)于高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

凌柳青

安徽省歙縣建筑設(shè)計(jì)院

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，高層建筑也越來(lái)越多， 在高層建筑結(jié)構(gòu)中， 梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最多的。這種結(jié)構(gòu)在建設(shè)構(gòu)造上比較簡(jiǎn)單， 還有較強(qiáng)的受辦性能， 主要是施工更加方便，能節(jié)省很多施工成本， 在越來(lái)越多的高層建筑中都被應(yīng)用。

高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前言

高層建筑能有效緩解土地資源的使用情況， 在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上人們也更加注重建筑的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全性。應(yīng)用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)能讓高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理， 讓其有更大的活動(dòng)空間， 而且還能讓高層結(jié)構(gòu)受力更加均衡， 整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性都得到了有效提升。

1　高樓層建筑梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

在現(xiàn)在的高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中梁式轉(zhuǎn)換是最常用的，因?yàn)樗斜容^多的優(yōu)勢(shì)。梁式轉(zhuǎn)換層在受力方面更加穩(wěn)定均衡，安全性能更高，同時(shí)傳力明確，并且其設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程很簡(jiǎn)單，很容易操作。所以最大的優(yōu)點(diǎn)就是低成本高效益。轉(zhuǎn)換層建筑結(jié)構(gòu)不是很規(guī)則，所以很經(jīng)常出現(xiàn)剛度突變的情況，這些都為提升建筑物的穩(wěn)定性加大了困難。這種突變的結(jié)構(gòu)讓高層建筑在惡劣的環(huán)境下由于受力不均勻很容易出現(xiàn)倒塌的危險(xiǎn)狀況，嚴(yán)重威脅著人身財(cái)產(chǎn)安全。而梁式轉(zhuǎn)換層則可以很好的減弱這種危險(xiǎn)形式。在梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，比較常見(jiàn)的有框支剪力墻結(jié)構(gòu)和托柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，都能夠更好的保證樓層內(nèi)部豎直方向受力穩(wěn)定性。在梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的布置是很重要的，能夠更好的維持整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的均勻受力性能，并且最大限度的降低建筑樓層轉(zhuǎn)換層的工程造價(jià)，降低成本，讓高層建筑更加的經(jīng)濟(jì)化。在梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最主要的問(wèn)題還是要避免剛度突變問(wèn)題，一般通過(guò)剪力墻的落地?cái)?shù)量來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制。

2　高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在高層建筑梁式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，往往會(huì)出現(xiàn)建筑物剛度突變的情況，此時(shí)不利于高層建筑物轉(zhuǎn)換層的安全穩(wěn)定性。所以在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能的減少在豎直方向的受力構(gòu)件，并且減少轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)數(shù)量，能夠更好的保證轉(zhuǎn)換層的穩(wěn)定性，讓高層建筑物不容易剛性突變。降低轉(zhuǎn)換層的高度，并且強(qiáng)化轉(zhuǎn)換層基部，可以很好的起到維護(hù)高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層安全性的作用。

3　高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1轉(zhuǎn)換梁截面的設(shè)計(jì)方法

在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層截面的時(shí)候，首先要考慮的是梁的受力性能，還有轉(zhuǎn)換層的受力形式，然后再選擇合適的計(jì)算方法。這種截面主要有托柱形式的轉(zhuǎn)換梁截面以及托墻形式的轉(zhuǎn)換梁截面這兩種。其中，在設(shè)計(jì)托柱形式的轉(zhuǎn)換梁截面時(shí)， 要對(duì)截面尺寸范圍進(jìn)行充分考慮，該梁受力形式和普通梁受力形式差不多，所以在設(shè)計(jì)截面的時(shí)候應(yīng)該將配筋情況考慮在其中，然后再選擇計(jì)算方法。要是轉(zhuǎn)換梁的承托形式是斜桿框架，那么軸向拉力將會(huì)對(duì)它有所影響，這時(shí)候，設(shè)計(jì)人員就要將偏心受拉構(gòu)件的原理考慮建立，從而更優(yōu)化地設(shè)計(jì)截面。在設(shè)計(jì)托墻形式的轉(zhuǎn)換梁截面時(shí)，要將轉(zhuǎn)換梁和上部墻體一起工作的結(jié)構(gòu)考慮在內(nèi)，而且在這里面還會(huì)有深梁現(xiàn)象存在， 所以在該項(xiàng)截面設(shè)計(jì)的時(shí)候更應(yīng)該用深梁截面方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，在有些情況下，也可以用應(yīng)力截面的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)特定的計(jì)算公式將縱向鋼筋的數(shù)量算出來(lái)，在布置鋼筋的時(shí)候，還要保證是沿著梁高進(jìn)行配置的。

3.2轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法

在轉(zhuǎn)換層附近不光是結(jié)構(gòu)豎向剛度發(fā)生容易發(fā)生突變，還有可能有豎向側(cè)力構(gòu)件出現(xiàn)不連續(xù)的情況，這會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層附近有結(jié)構(gòu)傳力發(fā)生突變的情況，特別有強(qiáng)震作用推動(dòng)的情況下，薄弱部位也就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生。要想將轉(zhuǎn)換層的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)剛度都有所提高，就要在轉(zhuǎn)換層附近將結(jié)構(gòu)的構(gòu)件強(qiáng)度加大，這樣才能讓水平剪力的傳遞有所保證，而且在發(fā)生強(qiáng)震的情況下，還能讓結(jié)構(gòu)底層有一定的延性，不受到破壞。

3.3轉(zhuǎn)換層分析計(jì)算的方法

對(duì)轉(zhuǎn)換層整體進(jìn)行計(jì)算之后， 還要用平面有限元這一計(jì)算軟件對(duì)轉(zhuǎn)換層本身進(jìn)行計(jì)算， 主要是補(bǔ)充計(jì)算其局部的應(yīng)力。對(duì)局部進(jìn)行分析的時(shí)候，要保證轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的上樓層和下口曾都在計(jì)算模型中， 還要將樓層的樓蓋平面所承受的剛度影響考慮在內(nèi)， 并根據(jù)實(shí)際的轉(zhuǎn)換層情況選擇合理的計(jì)算模型。對(duì)框支剪力墻進(jìn)行計(jì)算要復(fù)雜一些， 其上部剪力墻要連接到下面很多根支柱， 一旦有連接不正確的情況， 計(jì)算就會(huì)有較大的誤差。所以計(jì)算的時(shí)候， 最好在上部剪墻和下部轉(zhuǎn)換柱上都設(shè)立一個(gè)轉(zhuǎn)換梁，讓轉(zhuǎn)換梁連接到墻肢上。

3.4轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計(jì)

梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)構(gòu)造要求： ①轉(zhuǎn)換層樓板要將上層結(jié)構(gòu)的水平剪力傳遞到下層抗剪結(jié)構(gòu)上去， 本身承受很大的平面內(nèi)剪力，同時(shí)又承受部分豎向荷載。因此要求樓板要有足夠的強(qiáng)度和剛度。②轉(zhuǎn)換層大梁是承托上部剪力墻或柱傳下來(lái)豎向荷載的重要構(gòu)件。本身受力很大， 它是整個(gè)結(jié)構(gòu)抗震安全的關(guān)鍵部位。因此，轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計(jì)在整個(gè)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。

3.5轉(zhuǎn)換層的抗震設(shè)計(jì)

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)中，由于設(shè)置了轉(zhuǎn)換層， 沿建筑物高度方向剛度的均勻性受到很大的破壞， 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)豎向承載力構(gòu)件不連續(xù)和墻、柱截面的突變， 導(dǎo)致傳力路線曲折等， 因此轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震性能較差。為保證設(shè)計(jì)的安全性，規(guī)定“ 部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)置在3層及3 層以上時(shí)， 其框支柱、剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級(jí)宜按《高規(guī)》的規(guī)定提高一級(jí)采用，已經(jīng)為特一級(jí)時(shí)不再提高” ，提高相關(guān)構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施， 而對(duì)于底部帶轉(zhuǎn)換層的框架，核心筒結(jié)構(gòu)和外圍為密柱框架的筒中筒結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)不必提高。對(duì)轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用的計(jì)算內(nèi)力需調(diào)整增大。在8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。

3.6托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開(kāi)洞時(shí)， 轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時(shí)轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法宜采用深梁截面設(shè)計(jì)方法或應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法，且計(jì)算出的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當(dāng)分布配置。由于此時(shí)轉(zhuǎn)換梁跨中較大范圍內(nèi)的內(nèi)力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截?cái)嗪蛷澠?，?yīng)全部伸人支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體為小墻肢時(shí)，轉(zhuǎn)換梁基本上可按普通梁的截面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配筋計(jì)算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉(zhuǎn)換梁的底部。

3.7樓板設(shè)計(jì)

由于結(jié)構(gòu)上部的水平剪力要通過(guò)轉(zhuǎn)換層傳到下部結(jié)構(gòu)， 轉(zhuǎn)換層樓面在其平面內(nèi)受力很大， 樓板變形顯著，因此要適當(dāng)加厚轉(zhuǎn)換層樓面，建議采用厚度不小于180mm 的現(xiàn)澆板，這樣有利于轉(zhuǎn)換層在其平面內(nèi)進(jìn)行剪力重分配，并加強(qiáng)轉(zhuǎn)換大梁的側(cè)向剛度和抗扭能力， 也可使實(shí)際情況更符合結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中樓層剛度無(wú)限大的基本假定。而且混凝土強(qiáng)度不小于3C0 ，并采用雙向雙排鋼筋網(wǎng)，每排鋼筋的配筋率不小于0.25 %，轉(zhuǎn)換層樓板不宜有大的開(kāi)洞，當(dāng)開(kāi)洞時(shí)應(yīng)在洞口四周設(shè)置次梁或者暗梁， 樓板開(kāi)洞位置盡可能遠(yuǎn)離外側(cè)邊， 與轉(zhuǎn)換層相近的樓板也應(yīng)加強(qiáng)。

4　結(jié)束語(yǔ)

總之，現(xiàn)代城市高層建筑越來(lái)越多樣化，傳統(tǒng)的建筑已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)在人們的需要，同時(shí)，在高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也要體現(xiàn)現(xiàn)代化和實(shí)用性。既要滿足高層建筑的層高，同時(shí)還能增強(qiáng)其穩(wěn)定安全性，這就需要在樓層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上多下功夫。

［1］彭聽(tīng).梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析［J］.民營(yíng)科技，2011 （01）.