探討建筑結(jié)構(gòu)設計中的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計

文/苗金國 湖南湘楚鴻飛建筑設計有限公司 湖南長沙 410000

1、引言

當前我國建筑逐漸向著綜合性、功能更多樣、更復雜的方向發(fā)展，因此在結(jié)構(gòu)設計時，通常會采用更為復雜的結(jié)構(gòu)形式，在不同的結(jié)構(gòu)形式連接之間設置轉(zhuǎn)換層，以承受由于建筑體型復雜帶來的豎向抗側(cè)力構(gòu)件、側(cè)向剛度和受剪承載力帶來的改變。在建筑中設計安裝轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，既可以保證建筑具有較大的底部凈空空間，又可以實現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)類型之間的轉(zhuǎn)換。為了適應上下層之間不同結(jié)構(gòu)類型的轉(zhuǎn)換和不同柱網(wǎng)、軸網(wǎng)之間的過渡，以滿足建筑結(jié)構(gòu)的適應性同時節(jié)省出資源空間，實現(xiàn)建筑的具體建筑功能。

2、梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計的作用和原則

2.1 合理減少轉(zhuǎn)換層以下各層豎向構(gòu)件

建筑中，轉(zhuǎn)換層以下各層豎向結(jié)構(gòu)的不合理增多會影響轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)性能，在梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)實施的過程中，可以相應的減少轉(zhuǎn)換層以下各層的豎向構(gòu)件，保證建筑工程的多功能使用要求。

2.2 落地剪力墻應合理布置

在建筑工程梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)過程中，部分剪力墻因建筑物功能要求，在底部必須轉(zhuǎn)換方可滿足建筑的功能性要求；各剪力墻能夠連續(xù)設置剛應盡可能連續(xù)，且落地剪力墻應根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)體系的平面布局盡可能均勻設置以使各豎向構(gòu)件分擔的地震剪力相對均勻，避免應力過于集中。如直接落地的剪力墻不能滿足轉(zhuǎn)換層上下的剛度要求，仍應在相應的地方設置單獨的剪力墻，以增加轉(zhuǎn)換層以下各層的側(cè)向剛度。

2.3 提高轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的剛度

轉(zhuǎn)換層作業(yè)上部被轉(zhuǎn)換構(gòu)件的支托，應有足夠的剛度確保上部結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)，這樣才可以保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)地震效應和風荷載效應下的變形滿足要求。同時轉(zhuǎn)換層下部轉(zhuǎn)換層下部的豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件須能完全承載建筑物的豎向使用荷載和水平應力，可提高轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的剛度同時也應具備足夠的整體承載能力，以當確保轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)既能滿足變形協(xié)調(diào)要求。

2.4 結(jié)合實際設計轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

建筑物所處工程建設場地要實地勘察，收集與建筑物相關的各種環(huán)境的數(shù)據(jù)，詳細了解了建筑物建設條件，包括地震烈度、場地類別、建筑物所處志地位置等等。結(jié)合建設方提出的建筑物使用功能要求，合理的進行建筑功能布局，既要滿足建筑物的使用功能要求，還要考慮結(jié)構(gòu)應有的安全性要求以及建筑物造價的限制性指標；整體轉(zhuǎn)換和局部轉(zhuǎn)換的選擇、轉(zhuǎn)換層設置層數(shù)的選擇，均應根據(jù)建筑物的實際需求選擇設置。

3、梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容

3.1 設計框支梁

在設計之初結(jié)構(gòu)方案選型的階段，需綜合考慮框支梁的布置以及轉(zhuǎn)換層上部的豎向構(gòu)件布置。只有綜合考慮轉(zhuǎn)換層上下豎向構(gòu)件以及框支梁的設計，才可能設計出合理的結(jié)構(gòu)體系，既能滿足結(jié)構(gòu)安全要求和建筑物功能性要求，又能滿足建設方對建筑設計的造價方面的限制性指標。

3.2 設計框支柱

建筑工程在設計時，必須將抗震情況考慮進去，框支柱的設置除了要滿足豎向使用荷載要求還應滿足地震應力要求，且框支柱的設置還對建筑物功能性使用空間有較大影響；所以框支柱的設置要綜合幾方面因素：1.建筑物功能性要求，這是轉(zhuǎn)換設計的最根本性目的，框支柱的設置如嚴重影響使用功能則轉(zhuǎn)換設計是不成功的，2.建筑物上部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)對框支梁的要求，在條件許可的情況下，宜在框支梁兩端設置框支柱，3.抗震設計對底部轉(zhuǎn)換層的剛度要求，布置框支柱時應同時布置相應的落地剪力墻，以滿足規(guī)范對轉(zhuǎn)換層上下剛度比的要求，如上部剪力墻在不影響使用功能的情況下應可能的不轉(zhuǎn)換，在落地剪力墻不能滿足結(jié)構(gòu)剛度要求的情況下，應在適宜的地方設置相應的剪力墻，以保證剛度比滿足規(guī)范要求和建筑物安全要求。一般框支柱以承擔豎向應力為主，承擔水平應力及地震剪力以不大于50%為宜。

3.3 設計轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)樓板

轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)要求轉(zhuǎn)換層必須在水平向擁有足夠的剛度，轉(zhuǎn)換層樓板的設置是框支梁側(cè)向剛度的重要保證，幫規(guī)范對轉(zhuǎn)換層樓板的厚度與配筋均有最低限度的要求，以確保轉(zhuǎn)換構(gòu)件的變形滿足要求。但是結(jié)合實際工程，多數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設計為局部轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)換層帶有一定量的裙房，此為情況的轉(zhuǎn)換層樓板厚度及其設置范圍應結(jié)合上部剪力墻的應力和轉(zhuǎn)換梁是否因建筑物功能限制有偏置等情況綜合考慮。

4、工程案例分析

某建筑工程為商業(yè)住宅合用的高層建筑，其高度為70.77m，共有24層地上樓層和2層地下室組成，其中1～3層為商業(yè)用房，4～24層為居民住房。地下室層高4.5m，商業(yè)用房層高分別為4.5m和4.65m，住宅部分層高為2.8m。在結(jié)構(gòu)設計時，主體部分采用剪力墻結(jié)構(gòu)，此外由于不同空間的使用要求，必須在2層的頂部設置轉(zhuǎn)換層。

4.1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置

由于上部住宅空間劃分細致，所以在轉(zhuǎn)換層需要設置的部分轉(zhuǎn)換梁梁端未設置框支柱，即設置轉(zhuǎn)換主梁和次梁；同時設置了部分短肢剪力墻以滿足建筑功能要求，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置平面如圖1所示。圖1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置平面圖

4.2 結(jié)構(gòu)計算

為了計算本工程結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換梁所受內(nèi)力，采用了有限元軟件SATWE進行計算。計算時采用了墻元模型進行模擬，根據(jù)經(jīng)驗初步選定轉(zhuǎn)換梁截面并進行整體結(jié)構(gòu)的計算，從中得到轉(zhuǎn)換梁所受的設計剪力，按照規(guī)范計算公式進行截面尺寸的校核。除了強度驗算外，還有進行剛度的驗算，最終確定根據(jù)建筑轉(zhuǎn)換層的尺寸：層高為4.45m，轉(zhuǎn)換梁的最大凈跨度為7.5m，大梁截面尺寸為900×1600(mm)，800×1500(mm)，600×1200(mm)。另外梁的寬度和高度均滿足設計要求，再依據(jù)規(guī)范對框支柱軸壓比的限定，確定框支柱主要截面尺寸 ：1000×1200(mm)，1100×1100(mm)，1000×1000(mm)。

結(jié)語：

綜上所述，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設計在建筑工程是有重要地位的。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對建筑工程的功能要求越來越多，特別是為了集約和節(jié)約用，隨著城市化進程，城市中心區(qū)的建筑復雜的使用功能要求越來越多，根據(jù)實際使用需要，越來越多的建筑物采用轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，在滿足人們多樣化的使用需要的同時，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設計在建筑設計中安全性要求亦不可忽視。建筑行業(yè)還在不斷的發(fā)展，不斷的為人們創(chuàng)造更好的生活條件，所以我希望在我們共同的努力下，建設更好的未來。