高層建筑工程中厚板轉(zhuǎn)換層及抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

段真銘　蔣峰

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，建筑行業(yè)也取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，尤其在高層建筑方面的技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛和成熟。目前高層建筑工程中的結(jié)構(gòu)也日益豐富和多樣化，比如斜撐轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、搭接柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)形式。這些結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)，都是技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)物，帶動(dòng)了建筑行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，也為高層建筑工程多樣化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了更多發(fā)展路徑。本文對(duì)高層建筑工程中厚板轉(zhuǎn)換層以及抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行深入分析，并結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)提出了優(yōu)化措施，希望能夠?qū)Ω邔咏ㄖこ探Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究和開(kāi)發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑工程；厚板轉(zhuǎn)換層；抗震；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；方案

高層建筑工程中厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的一種重要結(jié)構(gòu)形式，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也逐漸在高層建筑工程中予以體現(xiàn)，通過(guò)對(duì)高層建筑工程中運(yùn)用厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)，從而大大提高高層建筑的質(zhì)量，提升高層建筑的抗震能力，進(jìn)而保證公眾居住環(huán)境的安全。

1 高層建筑工程中厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)及抗震結(jié)構(gòu)基本概念及特征論述

1.1高層建筑中厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)概述

目前高層建筑中比較常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)模式是厚板轉(zhuǎn)換層，主要是當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換層的上柱網(wǎng)軸線和下柱網(wǎng)軸線發(fā)生交錯(cuò)不能夠用梁進(jìn)行承載時(shí)，可以利用厚板作為轉(zhuǎn)換介質(zhì)，使上班和下板能夠有效融合，這樣板上面的結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行搭配，板下柱網(wǎng)軸線也可以進(jìn)行有效布置，以此體現(xiàn)了建筑物的立體感和層次感。高層建筑工程中應(yīng)用厚板轉(zhuǎn)換層，厚度可以控制、配筋也比較節(jié)約、有效解決厚板施工中出現(xiàn)的一些裂縫等各種問(wèn)題，提高經(jīng)濟(jì)效益，因此厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)應(yīng)用比較廣泛。

厚板轉(zhuǎn)換層中厚板的厚度不是隨意確定或者根據(jù)建筑物的美觀進(jìn)行確定的，它是根據(jù)一定的計(jì)算配比形成的，主要決定因素包括抗剪、抗彎以及抗沖切確定；一般可以將其個(gè)別部分打造成薄板，在厚處和薄處之間通過(guò)夾心板結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)，厚度可以控制在2米至2.8米之間，是柱距的三分之一到五分之一的范圍，樓板厚度通常情況下最低不能低于1.5米。

1.2高層建筑中抗震結(jié)構(gòu)概述

和低層建筑相比，高層建筑出現(xiàn)破壞和倒塌的情形更為常見(jiàn)，由于高層建筑在高度、承受強(qiáng)度等方面都需要進(jìn)行充分設(shè)計(jì)和考慮，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以保證其抗震安全性至關(guān)重要。高層建筑中抗震結(jié)構(gòu)主要是根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高層建筑物總體布局和具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)為有效應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害所設(shè)計(jì)的一種抗震理念。

2、高層建筑工程中厚板轉(zhuǎn)換層及抗震結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1高層建筑中厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)

高層建筑中應(yīng)用厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)必須按照一定的設(shè)計(jì)模式和具體結(jié)構(gòu)分析公式進(jìn)行合理計(jì)算和分析。具體采用的通常是三維空間分析程序進(jìn)行建筑層內(nèi)力情況診斷，必須滿足各種要求，包括側(cè)向剛度比、變形、位移以及抗傾覆和周期等方面。

根據(jù)國(guó)家關(guān)于《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》有關(guān)要求，在對(duì)高層建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)換層不應(yīng)該在底盤(pán)屋面的上層塔樓空間上設(shè)置轉(zhuǎn)換層，不然必須制定適當(dāng)?shù)目拐鸾Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即把兩層以上、轉(zhuǎn)換成下面的內(nèi)外筒體抗震性能設(shè)計(jì)成抗震等級(jí)二級(jí)指標(biāo)，對(duì)轉(zhuǎn)換層上面的框架部分等設(shè)計(jì)成三級(jí)指標(biāo)，由此保證高層建筑工程的安全性能和抗震性能達(dá)標(biāo)。

由于厚板轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)換層上層和下層的剛度產(chǎn)生一定的影響，因?yàn)楸仨氉龊脛偠仍O(shè)置規(guī)范要求，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，上層剛度和下層剛度基本剛度比要在平均值大約2才能保證基本性能。因此在進(jìn)行厚板轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)時(shí)具體設(shè)置為：

一是要確保上部住宅剪力墻強(qiáng)度、層間位移等達(dá)到基本規(guī)范要求，同時(shí)盡可能降低上部住宅剪力墻的數(shù)量，可以對(duì)上部的厚度進(jìn)行適當(dāng)減薄處理，從而對(duì)下層的剪力墻厚度進(jìn)行增厚，這樣設(shè)計(jì)能夠保證上部剛度降低，下部承載剛度增大，提高穩(wěn)定性。二是對(duì)其中筒剪力墻的厚度要根據(jù)具體層高適當(dāng)減薄，避免出現(xiàn)剛度突然發(fā)生改變；三是轉(zhuǎn)換層以上建議使用C40混凝土配置，轉(zhuǎn)換層下部使用C50混凝土配置，這樣形成的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)相對(duì)合理。

2.2厚板的內(nèi)力分析

在對(duì)高層建筑工程中厚板轉(zhuǎn)換層進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮厚板的內(nèi)力情況，目前內(nèi)部分析主要有等效交叉梁的分析、剛性板的簡(jiǎn)化計(jì)算、組合單元的分析三種方法。每一種計(jì)算方法各有利弊，占用時(shí)間也不一樣，計(jì)算結(jié)果的精度也會(huì)有差別，具體要根據(jù)厚板的規(guī)則情況進(jìn)行合理分析，或者采用兩種以上方法進(jìn)行統(tǒng)籌分析，從而確定厚板的內(nèi)力。

2.3高層建筑物中厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)和抗震結(jié)構(gòu)的計(jì)算設(shè)計(jì)

目前國(guó)家建筑科學(xué)院有明確的關(guān)于《轉(zhuǎn)換層厚板有限元分析與配筋程序》，里面采用的是PKPM軟件的有關(guān)SLAB計(jì)算方式非常系統(tǒng)，當(dāng)前主要應(yīng)用的是簡(jiǎn)化計(jì)算模型進(jìn)行手算復(fù)核即可。具體分析為：厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中厚板的厚度越大，就會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)換層本身以及其上下地震作用力產(chǎn)生正向影響，厚板如果控制在柱距的五分之一值時(shí)，具體變化力不會(huì)發(fā)生明顯改變，但是當(dāng)板厚和這個(gè)值出現(xiàn)差距時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的地震化效應(yīng)。目前建筑設(shè)計(jì)規(guī)則就是當(dāng)轉(zhuǎn)換層上面結(jié)構(gòu)是十五層以內(nèi)時(shí)、十五層至二十層之間、二十層以上時(shí)厚板的厚度設(shè)置區(qū)間分別為柱距的五分之一至七分之一、四分之一至六分之一、三分之一至五分之一。如果抗震情況出現(xiàn)較少或者發(fā)生轉(zhuǎn)換位置上移時(shí)還可以對(duì)厚板進(jìn)行減薄處理。

厚板轉(zhuǎn)換時(shí)要按照一定的計(jì)算公式合理確定板厚的取值；同時(shí)厚板還要充分考慮“三抗”特性——抗彎、抗剪、抗沖切，充分考慮各種設(shè)計(jì)因素才能保證高層建筑工程中厚板轉(zhuǎn)換層及抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)，有效提高高層建筑物的安全性能和抗震系數(shù)。

2.4具體措施

根據(jù)具體建筑物層數(shù)及抗震要求性能不同要全面考慮以下措施：

選材方面，盡量選用低強(qiáng)度、低水化熱的水泥，并做好水泥用量監(jiān)控，要嚴(yán)格按照混凝土配比，并添加標(biāo)準(zhǔn)UEA微膨脹劑，提高建筑物的抗裂水平；要充分保證機(jī)械設(shè)備限產(chǎn)供應(yīng)，避免出現(xiàn)施工過(guò)程中斷影響建筑物質(zhì)量。

要建立動(dòng)態(tài)溫度控制機(jī)制并采取有效措施。 混凝土厚板內(nèi)外溫差要控制在25攝氏度以內(nèi)，這就需要對(duì)混凝土采取一定的措施，提高其保濕度，并及時(shí)進(jìn)行冷卻降溫處理。

高層建筑工程中厚板轉(zhuǎn)換層及抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)工程，隨著技術(shù)發(fā)展，相關(guān)的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法將進(jìn)一步升級(jí)，對(duì)推動(dòng)高層建筑物的有效應(yīng)用起到更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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