帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

梁 文 輝

(國(guó)策眾合(北京)建筑工程設(shè)計(jì)有限公司太原分公司，山西 太原 030024)

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帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

梁 文 輝

(國(guó)策眾合(北京)建筑工程設(shè)計(jì)有限公司太原分公司，山西 太原 030024)

結(jié)合某實(shí)際工程，論述了帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，從框支柱、框支梁、轉(zhuǎn)換層樓板、抗震等級(jí)、平面布局等方面，分析了帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，有助于提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確度，保證高層建筑施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，高層建筑，框支柱，剪力墻

帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用具有良好的發(fā)展前景，主要是通過(guò)控制建筑內(nèi)部受力均衡性來(lái)確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而高層建筑下部結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，但上部結(jié)構(gòu)薄弱，對(duì)轉(zhuǎn)換層的穩(wěn)定性提出了新的要求。近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的提高，高層建筑功能趨向于多元化，建筑底部與中部都采用稀疏的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，做商業(yè)使用，而上部則是密集的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，做居住使用。為確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力的穩(wěn)定性，將帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)應(yīng)用到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，能滿(mǎn)足這一需求，對(duì)提升建筑受力的穩(wěn)定性能具有重要意義。

1 工程概況

本工程總建筑面積53 391.89 m2，地上28層，地下2層。地下2層為戊類(lèi)儲(chǔ)藏室及設(shè)備用房，地下1層為管道層；地上1層～2層做商業(yè)與其他用途；地上3層～28層為居民住宅。地下2層層高為3.6 m，管道層層高為1.8 m，地上1層層高4.8 m,地上2層層高5.5 m，地上3層～28層層高均為3.0 m，室內(nèi)外高差0.60 m，建筑總高度88.9 m。為方便建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力的傳遞與滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)空間使用功能的需要，結(jié)合各種形式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)缺點(diǎn)，將地上2層設(shè)置成框支轉(zhuǎn)換層，地上2層以上為純剪力墻。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合結(jié)構(gòu)大空間使用功能性要求，確保建筑結(jié)構(gòu)的剛度，從根源上杜絕結(jié)構(gòu)豎向剛度差距明顯的問(wèn)題出現(xiàn)，并對(duì)帶梁式轉(zhuǎn)換層上下部分的側(cè)向剛度比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，嚴(yán)格按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》有關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，適當(dāng)調(diào)整底部剪力墻的強(qiáng)度等級(jí)與厚度，盡可能縮減剪力墻上門(mén)窗洞口的尺寸，讓結(jié)構(gòu)形成一個(gè)封閉的筒體。抗震設(shè)防烈度：7度；設(shè)計(jì)基本地震加速度：0.15g；設(shè)計(jì)地震分組：第二組?？拐鸬燃?jí)：框支框架的抗震設(shè)計(jì)等級(jí)為一級(jí)，底部加強(qiáng)部位的剪力墻抗震設(shè)計(jì)等級(jí)為一級(jí)，非底部加強(qiáng)部位的剪力墻抗震設(shè)計(jì)等級(jí)為二級(jí)?？蛑е孛妫? 200 mm×1 200 mm；框支梁截面：1 100 mm×1 600 mm；轉(zhuǎn)換層樓板200 mm厚。

2 帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 框支柱

針對(duì)框支柱的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在地震組合下，按照高層建筑所承受的地震級(jí)別，確定帶梁式轉(zhuǎn)換層框支柱的截面及配筋，并以軸力值為框支柱參數(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，增加結(jié)構(gòu)的受力強(qiáng)度，同時(shí)明確框支柱設(shè)計(jì)的數(shù)量。在工程設(shè)計(jì)中為確保框支柱具有足夠的延性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)科學(xué)計(jì)算剪力墻與框支柱的受力情況，結(jié)合框支柱軸壓計(jì)算框支柱的截面尺寸，控制建筑轉(zhuǎn)換層的框支柱受力范圍。以放大后的彎矩設(shè)計(jì)值為依據(jù)，通過(guò)框支柱的柱頂彎矩乘以放大系數(shù)方式來(lái)配筋?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，還需嚴(yán)格按照規(guī)定要求，設(shè)置框支柱承受的地震剪力。具體體現(xiàn)為：每層帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中框支柱的數(shù)量不超過(guò)10根時(shí)，如果底部框支層設(shè)在1層～2層，必須確保每一根框支柱所承受的剪力大于結(jié)構(gòu)基底所承受剪力的2%；若框支柱設(shè)置在3層，甚至是3層以上，每一個(gè)框支柱所承受的剪力必須大于3%。若建筑每一層框支柱的數(shù)量超過(guò)10根時(shí)，1層～2層的建筑底部框支層所承受的剪力，必須大于結(jié)構(gòu)基底剪力的20%,當(dāng)框支層剪力全部設(shè)在3層，或者是3層以上，必須將每一層框支柱所承受的剪力控制在30%以上。完成框支柱剪力設(shè)計(jì)工作后，還需根據(jù)規(guī)定要求，及時(shí)調(diào)整每一層框支柱與柱端框架梁的彎矩，但是在調(diào)整過(guò)程中，必須仔細(xì)觀(guān)察框支梁的剪力、彎矩和框支柱的軸力變化情況，然后對(duì)應(yīng)調(diào)整框支柱剪力，以免影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)層所承載的剪力。此外，在設(shè)計(jì)每一層框支柱的縱向鋼筋配筋率時(shí)，還需做好抗震等級(jí)的設(shè)計(jì)工作，采用復(fù)合螺旋箍或井字復(fù)合箍綁扎轉(zhuǎn)換柱鋼筋，沿著框支柱實(shí)施全高加密，并控制鋼筋綁扎的直徑與間距，確保直徑大于10 mm、間距小于100 mm。

2.2 框支梁

框支梁的受力與其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)要大，并且受力具有復(fù)雜性，不僅是上下層荷載的傳輸重心，也是提升框支剪力墻抗震性能的核心部位，因此在設(shè)計(jì)框支梁的過(guò)程中嚴(yán)格按照高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。如果建筑項(xiàng)目的轉(zhuǎn)換梁上、下部縱向鋼筋系非抗震設(shè)計(jì)，最小配筋率必須大于0.30%；如果抗震等級(jí)為特一、一級(jí)和二級(jí)，最小配筋率必須大于0.60%，0.50%和0.40%，并在框支剪力墻結(jié)構(gòu)中的框支梁上、下縱向鋼筋和腰筋節(jié)點(diǎn)位置實(shí)施錨固，然后檢查水平段，確保伸至柱邊，且必須大于0.4lab(非抗震)，或者是大于0.4labE(抗震設(shè)計(jì))，梁上部第一排縱向鋼筋應(yīng)向柱內(nèi)彎折錨固，但錨固延伸到梁底的長(zhǎng)度不能低于非抗震設(shè)計(jì)la，或者是抗震設(shè)計(jì)laE，避免影響到整體施工質(zhì)量；若建筑轉(zhuǎn)換層梁上部配置的鋼筋屬于多排縱向，工作人員可適當(dāng)調(diào)整梁上部?jī)?nèi)部的錨固鋼筋的長(zhǎng)度，確保水平段、彎下段的長(zhǎng)度值大于鋼筋錨固長(zhǎng)度非抗震設(shè)計(jì)的la，或者是抗震設(shè)計(jì)的laE。此外，為提升抗震性能，避免框支梁發(fā)生形變，影響到整個(gè)帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)堅(jiān)持“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)底層柱底、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)底層墻”的原則，在縱筋足夠的條件下，按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》有關(guān)規(guī)定，對(duì)框支梁箍筋進(jìn)行全長(zhǎng)加密，以提升框支梁的抗震能力。

2.3 轉(zhuǎn)換層樓板

受上下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的受力分布影響，在設(shè)計(jì)框支剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，工作人員應(yīng)以轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)為分界線(xiàn)，按照各個(gè)建筑施工控制點(diǎn)中剪力墻剛度均勻分布于上部樓層的特點(diǎn)，結(jié)合框支柱和落地剪力墻之間的剛度要求、水平剪力在轉(zhuǎn)換層的荷載分配極易發(fā)生形變，加上轉(zhuǎn)換層樓板自身平面受力情況，必須提升轉(zhuǎn)換層樓板的剛度，嚴(yán)格規(guī)劃設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層樓板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的受力均勻。本工程在對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，遵守三維設(shè)計(jì)、協(xié)同工作有限元等設(shè)計(jì)原理(設(shè)置轉(zhuǎn)換層樓板為彈性模)，對(duì)轉(zhuǎn)換層的受力狀況進(jìn)行分析，計(jì)算出建筑結(jié)構(gòu)整體受力情況，然后采用高標(biāo)號(hào)混凝土、厚樓板作為轉(zhuǎn)換層，因下部樓層存在受力差距明顯的問(wèn)題，導(dǎo)致剪力墻承受較多的水平剪力，造成轉(zhuǎn)換層受力變形，采用鋼筋雙層雙向整板拉通。此外，為合理分配轉(zhuǎn)換層樓板的剪力，應(yīng)適當(dāng)增加轉(zhuǎn)換層以下層的樓板，加厚落地剪力墻的厚度，增強(qiáng)轉(zhuǎn)換層的剛度，提升該建筑受力，確保建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)為方便后期建筑工程施工和節(jié)約成本投入，還需為模板裝拆卸提供方便，做好各個(gè)部件的整合與銜接工作。

2.4 抗震等級(jí)

在進(jìn)行高層建筑施工的過(guò)程中，轉(zhuǎn)換層起到承上啟下的作用，轉(zhuǎn)換層以下作為框架式的剪力墻，以上均是剪力墻，設(shè)計(jì)與施工過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，考慮到高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的抗震等級(jí)，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)地震級(jí)配加以規(guī)范，確?？拐鸬燃?jí)與實(shí)際建筑的帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)受力均勻。對(duì)于帶梁式轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員必須從地下室頂板開(kāi)始計(jì)算建筑物剪力墻底部加強(qiáng)部位的高度，保證帶梁式高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層以上的樓層設(shè)計(jì)不低于房屋高度設(shè)計(jì)的1/10。在設(shè)計(jì)高層建筑抗震等級(jí)，高位轉(zhuǎn)換層作為帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的加強(qiáng)區(qū)，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵控制點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)按照具體情況，提升地震等級(jí)與性能，以緩解部分地震受力面積。

2.5 平面布局

帶梁式轉(zhuǎn)換層的平面設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，主要是選用對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)方式，對(duì)兩側(cè)的誤差進(jìn)行控制，以減少結(jié)構(gòu)受力的偏心率，確保轉(zhuǎn)換層重心的穩(wěn)定性。具體體現(xiàn)為在進(jìn)行平面布局設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)安全施工的需求，設(shè)計(jì)人員需結(jié)合帶梁式轉(zhuǎn)換層的周邊情況，在滿(mǎn)足高層建筑的要求下，使用專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件測(cè)算安全系數(shù)，對(duì)平面布局的每一項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行控制，提升帶梁式轉(zhuǎn)換層的強(qiáng)度，確保高層建筑扭轉(zhuǎn)的過(guò)程中，能夠維持高度穩(wěn)定的性能，以免高層建筑發(fā)生水平位移，對(duì)位移距離進(jìn)行控制，提升扭轉(zhuǎn)能力，以免建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)生誤差，給高層建筑的穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響。

2.6 豎向布置

高層建筑的側(cè)向剛度設(shè)計(jì)應(yīng)下大上小，避免影響到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。因此在進(jìn)行豎向布置的過(guò)程中，必須強(qiáng)化下部，弱化上部，讓兩側(cè)的剪力墻落地，在建筑底部增加部分剪力墻，提升建筑結(jié)構(gòu)的底部剛度，并增加地下層底部的剪力墻厚度，確定厚度在400 mm～600 mm內(nèi)，以承擔(dān)建筑結(jié)構(gòu)的部分受力。同時(shí)使用高標(biāo)號(hào)混凝土來(lái)澆筑底部剪力墻，提升底部柱和墻混凝土剛度與強(qiáng)度。此外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)適當(dāng)減少建筑轉(zhuǎn)換層上部剪力墻的數(shù)量，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)換層上部剪力墻的厚度，必要時(shí)在轉(zhuǎn)換層部分較長(zhǎng)的剪力墻中開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)洞，待到建筑施工結(jié)束后，使用填充墻進(jìn)行填實(shí)，幫助上部結(jié)構(gòu)承擔(dān)部分受力，適當(dāng)承擔(dān)建筑物所承受的壓力，讓框支梁承受的荷載能力得到緩解，以增加建筑結(jié)構(gòu)自振周期，從而降低地震對(duì)建筑物的作用力。但需要注意的是，底部剪力墻盡可能不開(kāi)洞或者是只開(kāi)小洞，防止剛度削弱過(guò)度，影響到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，給建筑工程施工埋下潛在安全隱患。

3 結(jié)語(yǔ)

帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常會(huì)受到各種因素影響與干擾，為確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果和具體情況吻合，有關(guān)人員必須對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響因素進(jìn)行分析，并采用專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)方法與工具，加強(qiáng)框支柱、框支梁、轉(zhuǎn)換層樓板、抗震等級(jí)、平面布局和豎向布置等環(huán)節(jié)的控制，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確度，保證高層建筑施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

[1] 閏 淼,周蘭翎,查小鵬，等.淺析帶梁式轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].河南建材,2016(4):181,182.

[2] 鄧宇文.帶梁式轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺談[J].建材與裝飾,2015(42):74-75.

[3] 崔賢德.探討高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].建材與裝飾,2014(9):17-18.

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High-rise building structure design of the transfer-story structure with beam

Liang Wenhui

(Guocezhonghe(Beijing)BuildingEngineeringDesignCompanyTaiyuanBranchCompany,Taiyuan030024,China)

Combining with the actual engineering, the paper discusses the features of transfer-story structure with beam, analyzes high-rise building structure design points of transfer-story structure with beam from aspects of frame supporting column, frame supporting beam, transfer-story slab, seismic resisting degree and plane layout, which will be good for improving the building structure design parameter calculating accuracy and guaranteeing high-rise building construction quality meeting design demands as well.

transfer-story structure with beam, high-rise building, frame supporting column, shearing wall

1009-6825(2017)17-0040-02

2017-03-23

梁文輝(1984- )，男，工程師

TU318

A