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

徐艷 于海波

摘 要：本文闡述了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的作用，介紹了高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及原則，對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算要求和相關(guān)構(gòu)件設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 前言

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中梁式轉(zhuǎn)換層經(jīng)常被用到， 其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高層建筑上部荷載的合理化配置，并可起到承上啟下的作用價(jià)值，有助于保障建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部受力的均衡性， 預(yù)防發(fā)生建筑結(jié)構(gòu)因變形亦或是應(yīng)力過(guò)度集中而造成垮塌狀況的出現(xiàn)。

2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的作用

高層建筑不僅能夠有效緩解城市土地資源緊缺問(wèn)題，還能夠提高單位土地資源的利用效率，為城市發(fā)展創(chuàng)造更良好的條件和環(huán)境。高層建筑在當(dāng)代社會(huì)發(fā)展中，已經(jīng)逐漸成為城市建設(shè)中的一種標(biāo)志性建筑物。而在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其自身與普通建筑物之間具有不同之處，特別是高層建筑當(dāng)中，不同的樓層之間由于受力特點(diǎn)的不同，導(dǎo)致對(duì)建筑的整體安全性和質(zhì)量問(wèn)題都可能會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。一般來(lái)說(shuō)，在針對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，越往上的樓層，其受力就越小，而中間以及下部的整體樓層受力情況就相對(duì)比較大。除此之外，根據(jù)高層建筑用途以及設(shè)計(jì)的不同，每一層的受情況也會(huì)隨著實(shí)際情況的不同而產(chǎn)生變化，相互之間也存在著一定區(qū)別。所以在針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以利用與實(shí)際情況相符合的措施來(lái)進(jìn)行操作，不僅能夠提高建筑下部結(jié)構(gòu)在剛度以及橫梁上的整體質(zhì)量和安全性，而且還能夠發(fā)揮出相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)保護(hù)作用，將其自身結(jié)構(gòu)的可靠性就行有效的提升。

通過(guò)對(duì)實(shí)踐當(dāng)中的實(shí)際情況可以看出，如果樓層不斷增加，設(shè)計(jì)人員在對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)，會(huì)直接利用減少墻或者是柱的方式來(lái)進(jìn)行操作，這樣能夠在某種程度上保證結(jié)構(gòu)的整體安置數(shù)量。并且同時(shí)保證下部在支撐中的作用能夠被充分的發(fā)揮出來(lái)。因此，在實(shí)踐當(dāng)中，針對(duì)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的特殊性特征，設(shè)計(jì)人員在具體的操作中，需要根據(jù)實(shí)際情況的不同，不斷的擴(kuò)大下層結(jié)構(gòu)的整體空間，提高整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的合理性和承載能力。由于這種方式與常規(guī)性建筑的設(shè)計(jì)在思路上就會(huì)存在偏差，所以為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，無(wú)論是在設(shè)計(jì)思路上還是在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上，都能夠體現(xiàn)出高層建筑自身的特點(diǎn)，使其能夠符合建筑的設(shè)計(jì)以及施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

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

3.1 特點(diǎn)

梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑中應(yīng)用非常廣泛，它會(huì)把建筑中上下兩層承受的荷載均衡分配，使整個(gè)樓體保持穩(wěn)定，并根據(jù)不同高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異，使用科學(xué)的方法設(shè)計(jì)，選擇施工技術(shù)與工藝。就像是在這一結(jié)構(gòu)中，放入管道或線路，可為建筑提供新的需求，保證水電實(shí)施的安全?，F(xiàn)在，我國(guó)很多高層建筑采用的都是上部是梁式，下部是框架的設(shè)計(jì)，它需安裝轉(zhuǎn)換構(gòu)件分散負(fù)荷。

3.2 原則

（1）降低需要轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件的使用。需要轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件使用的數(shù)量關(guān)系著轉(zhuǎn)換層相關(guān)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的數(shù)量，且呈正相關(guān)關(guān)系，和轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的剛度突變性能亦是呈正相關(guān)系，轉(zhuǎn)換是種手段，但是如果非必須，且為了增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，還是要減少需要轉(zhuǎn)換豎向構(gòu)件的使用。

（2）需要轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件的位置。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案階段，就應(yīng)該充分考慮需要轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件的位置。盡可能設(shè)置在轉(zhuǎn)換梁的跨中，若出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換梁的支座附近，容易對(duì)轉(zhuǎn)換梁產(chǎn)生較大的集中剪力，造成轉(zhuǎn)換梁剪扭超限難以計(jì)算通過(guò)。也對(duì)框支柱形成較大的剪切和彎曲，造成框支柱出現(xiàn)比較大的內(nèi)力并引起超筋。

（3）增強(qiáng)轉(zhuǎn)換層下部主體的結(jié)構(gòu)剛度。增強(qiáng)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)下部主體的結(jié)構(gòu)剛度，弱化轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使轉(zhuǎn)換層上下的主體結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度盡量接近、平滑過(guò)渡。增強(qiáng)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)下部主體的結(jié)構(gòu)剛度，一般以增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、增加轉(zhuǎn)換層下部主體結(jié)構(gòu)截面尺寸、增加剪力墻等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，使結(jié)構(gòu)主體具有良好的抗震、延性和剛度等性能。

4 建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算要求

4.1 整體結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

在計(jì)算高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)前，首先要對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算。《高規(guī)》中要求，帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)， 抗 震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用至少兩個(gè)不同力學(xué)模型 的結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行整體計(jì)算。但在計(jì)算時(shí)候，對(duì)不同的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)又有很多布同的設(shè)計(jì)計(jì)算細(xì)節(jié)需要注意。

4.2 轉(zhuǎn)換層大梁的設(shè)計(jì)

梁式轉(zhuǎn)換層大梁作為抗震的重要構(gòu)件，它需要承載來(lái)自柱或剪力墻的荷載；對(duì)其受力分析為最關(guān)鍵。轉(zhuǎn)換層大梁根據(jù)上部被轉(zhuǎn)換構(gòu)件的情況，大致可以分為以下三類：第一類：被轉(zhuǎn)換的剪力墻（包括局部開洞的剪力墻）沿梁長(zhǎng)方向全跨布置的轉(zhuǎn)換梁；第二類：被轉(zhuǎn)換剪力墻沿梁長(zhǎng)方向部分布置的轉(zhuǎn)換梁，剪力墻可能布置在支座處，也可能布置在跨中，剪力墻相對(duì)梁跨可能較長(zhǎng)，也可能較短；第三類：被轉(zhuǎn)換構(gòu)件為柱的轉(zhuǎn)換梁。三類轉(zhuǎn)換的區(qū)別，在于與上部墻柱構(gòu)件是否可以考慮共同作用以及怎樣考慮共同作用。解決了這個(gè)受力分析，才是正確解決轉(zhuǎn)換層梁計(jì)算與構(gòu)造的方法的關(guān)鍵。

4.3 分析轉(zhuǎn)換層

在完成建筑的整體結(jié)構(gòu)計(jì)算后，還要使用有限元對(duì)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行平面計(jì)算，并且補(bǔ)充計(jì)算局部的應(yīng)力。對(duì)于轉(zhuǎn)換層上下層的剛度比，對(duì)于它作為薄弱層的地震剪力放大等要求，要一一在整體計(jì)算和單獨(dú)分析中都要明確。進(jìn)行局部分析時(shí)，注意實(shí)際采用符合實(shí)際情況的正確計(jì)算模型?？蛑Ъ袅Φ挠?jì)算較為復(fù)雜，計(jì)算時(shí)宜在上部剪力墻肢與下部轉(zhuǎn)換柱之間均設(shè)轉(zhuǎn)換梁，墻肢與轉(zhuǎn)換梁相連結(jié)；不要只通過(guò)拐角剛域連接上層墻肢與底層柱，結(jié)構(gòu)布置時(shí)最好上部墻體、轉(zhuǎn)換梁、下層柱分別成一體系，這樣傳力明確，不易形成扭轉(zhuǎn)。

5 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層相關(guān)構(gòu)件設(shè)計(jì)

5.1 轉(zhuǎn)換柱

在設(shè)計(jì)梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的的過(guò)程中，為了使結(jié)構(gòu)具有很好的延性，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能得到保障，需要按各級(jí)抗震要求控制好轉(zhuǎn)換柱的軸壓比。箍筋沿柱全高加密，并且采用復(fù)合箍筋，框支柱應(yīng)有部分縱筋伸至框支梁以上的墻體內(nèi)，延伸長(zhǎng)度等于層高，用于加強(qiáng)上下層的可靠連接?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)換柱加密區(qū)的配箍特征值應(yīng)比普通框架柱要求的數(shù)值增加0.02，且柱箍筋體積配箍率不應(yīng)小于1.5%。

5.2 樓板

規(guī)范規(guī)定，部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中，框支轉(zhuǎn)換層樓板厚度不宜小于180mm，應(yīng)雙層雙向配筋，且每層每方向的配筋率不宜小于0.25%，樓板中鋼筋應(yīng)錨固在邊梁或墻體內(nèi)；落地剪力墻和筒體外圍的樓板不宜開洞。樓板邊緣和較大洞口周邊應(yīng)設(shè)置邊梁，其寬度不宜小于板厚的2 倍，全截面縱向鋼筋配筋率不應(yīng)小于1.0%。與轉(zhuǎn)換層相鄰樓層的樓板也應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)。這樣規(guī)定，是因?yàn)闃前遄鳛榻ㄖD(zhuǎn)換層的主要構(gòu)件，區(qū)別于其他普通樓板，一般情況下，轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的剪力比較集中，所以要加強(qiáng)樓板的厚度及其他構(gòu)造要求，這樣才能分散剪力，減輕負(fù)擔(dān)。

5.3 轉(zhuǎn)換梁

轉(zhuǎn)換梁承載了其上部結(jié)構(gòu)的主要荷載，因此在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換梁時(shí)，一定合理控制截面高度，一般情況下，轉(zhuǎn)換梁截面高度不宜小于計(jì)算的1/8，有條件可以做得更高；托柱轉(zhuǎn)換梁截面寬度不應(yīng)小于其上部所托柱在梁寬方向的截面寬度，且轉(zhuǎn)換梁寬度不宜大于轉(zhuǎn)換柱相應(yīng)方向的寬度，且不宜小于其上墻體厚度的2倍和400mm 的較大值。嚴(yán)格按規(guī)范控制配筋要求及錨固等其他構(gòu)造要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在進(jìn)行高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，常會(huì)受到多方面因素的影響，為確保最終的設(shè)計(jì)結(jié)果能夠盡可能地接近于真實(shí)情況，就必須要開展全方位的分析與探討，采取針對(duì)性的設(shè)計(jì)工具與方法，做好細(xì)節(jié)控制，提升施工參數(shù)計(jì)算的精確性，保證高層建筑能夠達(dá)到較高的施工質(zhì)量水平。

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