建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

李冬明

摘? ? 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，城市建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面也出現(xiàn)了新的設(shè)計(jì)理論和技術(shù)方法。特別是大量高層建筑出現(xiàn)后，在功能轉(zhuǎn)換上對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的要求。在此背景下，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中逐步發(fā)展出了梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)方案，這種新的結(jié)構(gòu)形式能夠更好的提高建筑功能的轉(zhuǎn)化率。因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極學(xué)習(xí)新的設(shè)計(jì)理念，掌握相關(guān)的設(shè)計(jì)技巧，并與建筑工程的實(shí)際情況相結(jié)合。文章將對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中的梁式轉(zhuǎn)換層這種新型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和探討。

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

1? 引言

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑，其特點(diǎn)是建筑物沿豎向使用空間逐漸變小，與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)要求相違背。由于其豎向結(jié)構(gòu)自上而下是逐漸減少的，所以在豎向結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變處，必須設(shè)置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，設(shè)置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的樓層就稱為轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的常用形式主要有梁式轉(zhuǎn)換、桁架轉(zhuǎn)換、厚板轉(zhuǎn)換、箱型轉(zhuǎn)換以及搭接柱轉(zhuǎn)換等。

其中以梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)最為常見。

2? 高層建筑轉(zhuǎn)換層特點(diǎn)

高層建筑轉(zhuǎn)換層主要特點(diǎn) ：使樓層的上部結(jié)構(gòu)荷載通過轉(zhuǎn)換層重新分配并傳遞給下部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ) ;由于轉(zhuǎn)換層剛度大、應(yīng)力集中且力的傳遞突變，因此遇到偶然荷載（水平地震作用）作用時(shí)，轉(zhuǎn)換層受到較大外力和產(chǎn)生水平位移 ;轉(zhuǎn)換層梁柱和梁上墻節(jié)點(diǎn)較多，節(jié)點(diǎn)處的鋼筋錨固、插筋與變徑較復(fù)雜。若施工

不當(dāng)，會(huì)造成轉(zhuǎn)換層應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂縫、撓度超出規(guī)范要求范圍等現(xiàn)象。在一些地震多發(fā)區(qū)域，需對(duì)高層建筑的水平受力進(jìn)行合理控制。整個(gè)建筑的樓層剛度、質(zhì)量不允許出現(xiàn)突變狀況，需確保其變化的均勻性。在遭遇地震作用時(shí)，避免建筑物出現(xiàn)薄弱層，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成不利影響。

3? 高層建筑轉(zhuǎn)換層的定義和功能

高層建筑的高度較高，其下部結(jié)構(gòu)承載的壓力較大，上部結(jié)構(gòu)受力較小，在高層建筑的下部，應(yīng)當(dāng)設(shè)置較強(qiáng)的承載力結(jié)構(gòu)，這和建筑功能要求及常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)置產(chǎn)生矛盾，因此在高層建筑結(jié)構(gòu)中必須有轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)樓體結(jié)構(gòu)的自然過渡和軸線布置合理。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)保證了高層建筑的上部豎向桿件不直接貫通落地，有效提升了下層結(jié)構(gòu)的使用空間要求。通常而言，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可以分為三種： （1）上下層不同結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換層，這種轉(zhuǎn)換層在樓體上部為剪力墻或框架剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多，它為剪力墻結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了內(nèi)部自由空間。 （2）上下層柱網(wǎng)、軸線改變轉(zhuǎn)換層，它沒有改變轉(zhuǎn)換層的上下結(jié)構(gòu)形式，但使下層的柱間距變大，常用于外框筒下層。 （3）改變結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)軸線位置的轉(zhuǎn)換層，這種結(jié)構(gòu)把轉(zhuǎn)換 層的軸線錯(cuò)開形成上下結(jié)構(gòu)不齊的結(jié)構(gòu)布置。在實(shí)際工程建設(shè)中常用的轉(zhuǎn)換層有梁式、箱式、板式、架式等多種結(jié)構(gòu)形式。

4? 建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

4.1? 降低豎直構(gòu)件的使用數(shù)量

在建筑的梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)過程中，對(duì)豎直構(gòu)件的使用數(shù)量有一定的要求，在施工中要避免使用過多的豎直構(gòu)件，其是剛度突變的主要影響因素，所以在建筑中要避免對(duì)于豎直構(gòu)件的過多使用，避免影響轉(zhuǎn)換層的存在效果。

4.2? 對(duì)轉(zhuǎn)換柱和剪力墻進(jìn)行對(duì)稱設(shè)置

在開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，要把轉(zhuǎn)換柱和剪力墻對(duì)稱放置，并且立柱的相互轉(zhuǎn)換會(huì)促使整體結(jié)構(gòu)受到一定影響。通常對(duì)稱結(jié)構(gòu)具備穩(wěn)固性和不容易變形的特征，這樣就應(yīng)該將轉(zhuǎn)換柱和剪力墻對(duì)稱放置，這是最佳的選擇，不僅可以對(duì)建筑的穩(wěn)定性進(jìn)行大大增強(qiáng)，還能確保防震的效果。

4.3? 提高轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的剛度

為了提高轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的剛度，就需要放棄轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)層整體的剛度，這樣才可以保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用質(zhì)量。結(jié)構(gòu)墻對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度的提高有一定的作用，但是一定要注意受壓平衡，不可以出現(xiàn)不均勻受力，這樣容易對(duì)轉(zhuǎn)換層造成損害。此外一般轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的承受壓力較大，需要提高轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的剛度，同時(shí)也要做好整體的抗壓準(zhǔn)備，不能因?yàn)橐粫r(shí)的利益而損害了整體的安全。整體的抗壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一定要符合國(guó)家規(guī)定的數(shù)值。

5? 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造

梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中最常見的一種轉(zhuǎn)換形式，主要原理是利用下部的轉(zhuǎn)換大梁來支托上部結(jié)構(gòu)，它的傳力途徑為墻-梁-柱 （ 墻 ），具有受力明確、傳力直接、便于分析計(jì)算等特點(diǎn)。

5.1? 轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)與構(gòu)造要求

框支主梁可直接承托上部剪力墻或者承托轉(zhuǎn)換次梁及次梁上的剪刀墻，框支主梁除承受其上部剪力墻的作用外，還需要承受 梁傳給的剪力，扭矩和彎矩，框支主梁易受剪破壞。轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸一般宜由剪壓比計(jì)算確定，以避免脆性破壞和具有合適的含箍率。轉(zhuǎn)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(qiáng)措施，箍筋要加密，以增強(qiáng)其抗剪能力。

5.2? 轉(zhuǎn)換梁的截面設(shè)計(jì)方法

目前國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作普遍采用的轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法主要有：應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法。對(duì)轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行有限元分析得到的結(jié)果是應(yīng)力及其分布規(guī)律，為能直接應(yīng)用轉(zhuǎn)換梁有限元法分析后的應(yīng)力大小及其分布規(guī)律進(jìn)行截面的配筋計(jì)算，假定不考慮混凝土的抗拉作用，所有拉力由鋼筋承擔(dān)鋼筋達(dá)到其屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。受壓區(qū)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)：當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開洞時(shí)，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時(shí)轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法宜采用深梁截面設(shè)計(jì)方法或應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法，且計(jì)算出的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當(dāng)分布配置。

5.3? 框支柱的設(shè)計(jì)與構(gòu)造要求

框支柱截面尺寸一般系由其軸壓比計(jì)算確定。地震作用下框支柱內(nèi)力需調(diào)整?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，框支柱的柱頂彎矩應(yīng)乘以放大系數(shù)，并按放大后的彎矩設(shè)計(jì)值進(jìn)行配筋;剪力調(diào)整—框支柱承受的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下列規(guī)定采用：框支柱的數(shù)目不多于10根時(shí)，當(dāng)框支層為 1～2 層時(shí)，每層每根柱承受的剪力應(yīng)至少取基底剪力的 2%;當(dāng)框支層為 3 層及 3 層以上時(shí)，各層每根柱所受的剪力應(yīng)至少取基底剪力的 3%;框支柱的數(shù)目多于10根時(shí)，當(dāng)框支層為 1 ～ 2 層時(shí)，每層每根柱承受的剪力之和應(yīng)取基底剪力的 20%;當(dāng)框支層為 3 層及 3 層以上時(shí)，每層框支柱承受剪力之和應(yīng)取基底剪力的 30%;框支柱剪力調(diào)整后，應(yīng)相應(yīng)調(diào)整框支柱 的彎矩及柱端梁的剪力、彎矩，框支柱軸力可不調(diào)整?？蛑е靠v向鋼筋配筋率，抗震等級(jí)一級(jí)時(shí)不小于 1.2%，二級(jí)時(shí)不小于1.0%，三級(jí)時(shí)不小于 0.9%，四級(jí)及非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不小于 0.8%。

6? 總結(jié)

綜上所述，自改革開放以來，人們的經(jīng)濟(jì)水平、生活水平得到了非常大的提高，同時(shí)也提高了對(duì)建筑質(zhì)量、舒適度的要求。對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)，有利于建筑物整體性能、質(zhì)量的提高，因此，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了高層建筑設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)問題。隨著現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷發(fā)展，高層建筑也逐漸朝著更復(fù)雜、結(jié)構(gòu)更多樣、功能更齊全的方向進(jìn)行發(fā)展，為使高層建筑在現(xiàn)代化進(jìn)程中取得更好的發(fā)展，必須加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究。

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