轉換層結構設計在高層建筑中的應用分析

董彥粉 石文山

【摘 要】引言現(xiàn)階段，城市中建筑項目的高度逐步增大，因而轉換層的設計質量對于高層建筑的整體設計效果有著重要的影響。具體設計工作中，要對建筑項目的具體狀況進行全面分析，選取合理的轉換結構形式，對關鍵設計環(huán)節(jié)進行把控，提高轉換層的設計質量?；诖?，以下對轉換層結構設計在高層建筑中的應用分析進行了探討，以供參考。

【關鍵詞】高層建筑；轉換層；結構設計；應用分析

中國分類號：TU973 文獻標識碼：A

引言

隨著城市化進程的急劇加快，城市中建筑項目的體量與高度不斷增加。在進行高層建筑的設計工作時，做好轉換層結構的設計對于提高建筑的安全性、穩(wěn)定性有著極其重要的意義。作為高層建筑的核心結構，轉換層有著承上啟下的連接作用。為了真正滿足建筑物基本功能的需求，那么就必須要反常規(guī)進行設計，建筑物上部結構應設置高剛度剪力墻，而其下部結構則需要取消一部的分剪力墻結構，與此同時設置一些剛度較小的框架柱結構。對于上部結構而言它起到了基礎性作用，對于建筑下部結構它又發(fā)揮著頂板作用。

1轉換層的主要功能

雖然高層建筑通常都有密集的下部結構構件，但是隨著建筑高度不斷增加，上部結構的受力構件密度逐漸下降，建筑整體內(nèi)部構件呈現(xiàn)出上疏下密的特點；高層建筑的下部一般為商業(yè)區(qū)域，上部建筑則主要為居住區(qū)域，由于使用功能差異較大，因此上下部結構的受力情況也存在很大區(qū)別，上下部結構在應力傳導方面可能會出現(xiàn)受力不均衡、應力過于集中的問題。梁式轉換層的主要作用就是改善高層建筑的內(nèi)部受力情況，其可以將上部小開間豎向結構荷載傳導至底端大開間豎向結構處，以提高荷載分布的均衡性，從而提高整個建筑結構的穩(wěn)定性及安全性。

2高層建筑常用的轉換層結構形式以及特點研究

3.1桁架轉換結構

一般來說，桁架結構根據(jù)形式的不同，可以細分為兩種不同的類型：①空腹桁架；②實腹桁架。與梁式轉換結構不同點是，這一類型的結構在受力方面更加明確，并且可以提供更大的使用空間。此外，結構的自重相對較小，有著良好的抗震性能。但是，由于該結構有著一定的復雜性，因而設計工作難度較大，尤其在進行節(jié)點設計工作時，需要引起設計人員的重點關注。具體設計工作中，要嚴格遵循“強斜腹桿、強節(jié)點”的重要原則。另外，在節(jié)點位置處，受力狀態(tài)較為復雜，并且容易出現(xiàn)剪切脆性破壞等問題。因而，設計時要注重配筋計算。采用這一轉換層，還存在著施工不便、桁架轉換性能受限等缺點，設計中應根據(jù)建筑的具體狀況合理選用轉換層結構形式。

2.2梁式轉換結構

梁式轉換層施工技術的出現(xiàn)和運用，得益于高層建筑技術水平的不斷提高，是在已有技術基礎上做出的突破和改進，屬于一種新型的高層建筑施工技術。其運用價值主要表現(xiàn)為：通過運用梁式轉換層施工技術，對高層建筑上下層結構進行有效的管理，能夠使樓層結構更加科學合理，使來自上層結構的壓力得到合理分配，規(guī)避可能出現(xiàn)的質量問題。高層建筑自有其特殊性，在建設過程中，隨著樓層的增高，下部樓層承受的壓力會越來越大，而越往上的樓層受到的壓力則越小，從而導致高層建筑整體的受力狀況缺乏均衡性，給建筑設施的后期使用留下了安全隱患?；诖耍菏睫D換層施工技術應運而生，它的運用成功地改善了高層建筑的受力狀況，保障了建筑的穩(wěn)定性和安全性。

2.3板式轉換結構

設計工作中要將其做成厚板結構，最終形成板式轉換層。設計中由于需要對建筑的抗剪、抗沖切強度進行考慮，因而轉換板的厚度相對較大，轉換板的厚度往往會控制在2.0～2.8m之間。但是，在進行板式轉換層下層柱的設計工作時，可以進行靈活布置，但由于結構自重較大，因而對于材料的消耗量較大，并且施工難度顯著增加。

3梁式轉換層結構設計技術要點

3.1 框支柱設計

在具體的建筑項目中可以根據(jù)高層建筑所承受的地震級別設計框支柱的級配，框支柱以一級與二級軸力值為基礎標準參數(shù)，并根據(jù)實際情況對實際系數(shù)進行調整，放大受力，一級軸力值擴大系數(shù)取1.50，二級軸車值擴大系數(shù)1.25，根據(jù)該數(shù)值即可計算出梁式轉換層框支柱的數(shù)量?？蛑拥念愋汀訑?shù)均由框支柱決定，如果某高層建筑使用框支柱大于10根，框支層取一層或兩層，所有框支柱的受力總合應不大于基地受力的20%，才能將梁式轉換層的穩(wěn)定性價值充分發(fā)揮出來?？蛑е慕Y構不同，其對于框支層、受力、剪力等均有差異，因此具體設計中要根據(jù)框支柱的設計情況得出梁式轉換層的各項參數(shù)。

3.2轉換梁的設計

轉換梁的截面尺寸應由剪壓比計算確定，以避免發(fā)生脆性破壞，同時確保截面具有合適的含箍率。轉換梁不宜開洞，若需要開洞，洞口宜位于梁中和軸附近。洞口上、下弦桿必須采取加強措施，箍筋要加密，以增強其抗剪能力。上、下弦桿箍筋計算時宜將剪力設計值乘放大系數(shù)1.2。當洞口內(nèi)力較大時，可采用型鋼構件來加強。轉換梁的混凝土強度等級不應低于C30。轉換梁上、下主筋的最小配筋率非抗震設計時為0.3%，轉換梁中主筋不宜有接頭，轉換梁上部主筋至少應有50%沿梁全長貫通，下部主筋應全部貫通伸入柱內(nèi)。

3.3截面設計

截面設計要先合理分析梁的受力性能及轉換層的受力形式，轉換梁的截面設計包括柱型與托墻型兩種形式，柱型式轉換梁的截面設計除了要準確計算截面尺寸外，還要充分考慮配筋問題。具體設計過程中可根據(jù)剪壓比計算轉換梁的截面尺寸，可有效避免脆性破壞的問題，截面必須保證有合適的含箍率，可用剪力設計值乘放大系數(shù)1.2，且轉換梁中主筋不得有接頭，上部主筋至少50%全長貫通全梁，上、下主筋的最小配筋率非抗震設計時為0.3%，下部主筋要全部貫通伸入柱內(nèi)。確定上弦桿、下弦桿的箍筋。盡量避免在轉換梁上開洞，如不可避免可在梁中及軸附近開洞，且洞口、下弦桿等位置要加密箍筋，以提高結構的抗剪能力；如洞口內(nèi)力較大則需采用型鋼構件加強。轉換梁的混凝土強度等級至少C30以上。如建筑上部墻體出現(xiàn)滿跨則城要進行深梁設計，才能保證框架轉換梁與墻體之間共同發(fā)揮作用。計算框架轉換梁跨中部分的軸向拉力時，不能采用普通梁的設計及計算方法，要適當提高縱筋配筋量，且不能按照偏心受拉構件進行處理。

3.4梁轉換層結構的構件設計

對于轉換層的結構設計工作而言，由于豎直方向的構建不能實現(xiàn)貫通落地，這就要求設計工作中選用相應的轉換構件，進而提高結構的穩(wěn)定性能。一些設計工作中也有用到斜撐以及箱形、厚板結構等。如果高層建筑的轉換層采用了筒體結構，那么要確保該結構的內(nèi)筒要滿足貫通落地的要求。同時，還要適當?shù)脑黾訅Ρ诮Y構的厚度。這樣一來，才能改善筒體結構的剛度與整體性效果。相比于筒體結構來說，如果轉換層采用框架剪力墻結構，那么也要確保剪力墻滿足貫穿落地的要求，同時也需要對墻壁進行適當?shù)募雍裉幚怼?/p>

結束語

綜上所述，轉換層結構的應用，能夠確保高層建筑的受力狀況更加協(xié)調。同時，由于該結構在施工方面有著較大的便利性，因而在當前的結構功能轉換設計中有著廣泛的應用。

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