高層建筑中的轉換層結構設計要點研究

張根沛

摘要：在當前城市的建筑中層建筑的建設越來越廣泛，其功能性極強，多功能的建筑在設計時，需要對其內部結構進行合理布局。高層建筑在結構方面，為了滿足特定的建筑功能，通常會設計結構轉換層因此在高層建筑的結構設計中，設計人員必須對結構轉換層設計進行分析，以保證建筑的質量和使用安全^[1-2]。通過對高層建筑中轉換層的設計和作用進行分析，并通過介紹轉換層的結構形式類型，最后以梁式轉換層為例展開論述，研究其設計要點。

關鍵詞：高層建筑;轉換層;結構設計;要點

1 高層住宅建筑結構設計特點

在高層住宅建筑中，主要采用框架結構、剪力墻結構和框剪結構。其中，框架結構由桿件剛性連接構成，能夠靈活進行空間布置。但梁柱截面較小，使得結構剛度小，側移大，抵抗力較差，不適用于地震區(qū)。剪力墻結構則是首選結構形式，能夠利用鋼筋混凝土墻體對水平力、豎向力進行承載，利用剪力墻對墻體和樓板進行較好連接^[1]。該種結構剛度較大，具有較強抗震能力?？蚣艚Y構是利用大剪力墻對部分框架結構進行替代，利用樓板和連梁構成結構體系，使結構整體剛度得到提升，受水平荷載作用可以產生較高承載力。實際在高層住宅建筑結構設計中，需要考慮結構延性，確保結構進入塑性階段依然維持較強變形能力，以免建筑發(fā)生坍塌問題。結構側移需要控制在一定限度范圍內，避免水平荷載作用下結構發(fā)生過大側移變形。由于豎向荷載基本為確定數(shù)值，風荷載、地震作用等將有所變化，水平荷載變化幅度較大，設計時應確保引發(fā)的軸力、彎矩能夠與樓房高度成正比，以免結構受到過大影響^[2]。而在豎向荷載過大時，結構柱將發(fā)生較大軸向變形，導致連續(xù)梁中間支座位置負彎矩變小，跨中正彎矩與端支座彎矩加大，影響結構安全性。此外，高層住宅建筑需要加強結構抗震設計，保證建筑做到小震不壞、大震不倒。

2 不同類型轉換層結構和設計方法

2.1 梁式轉換層結構

梁式轉換層通過直接傳導的作用連接上下結構，使設計人員可針對功能、造價進行結構強化，基于造價條件進行鋼 筋、混凝土等材料結構的設計，明確轉換梁的標準控制設計條件。根據(jù)設計應用下的樓層高度及結構上下受力差異，將設計形式與材料控制進行跨度距離的要求，依據(jù)結構配筋和承載條件進行截面尺寸控制，明確鋼筋分布與截面承載的受力關系。依據(jù)上部承載中常用的框架結構進行截面設計，依據(jù)下部結構的懸掛力進行墻體設計，依據(jù)平衡受力狀況進行設計相關的方法作用要求設計，結合梁所處位置的性能設計進行結構穩(wěn)固性設計。

2.2 桁架式轉換層結構

桁架式轉換層的設計需結合結構整體條件進行結構層設計，使用鋼結構進行位置中的桁架搭建及層面設置，可通過加入固定數(shù)量的腹桿將桁架的弦桿用于樓面設計，根據(jù)上下結構層設置進行整體受力狀況的自重要求。其設計應用應結合荷載條件及抗震條件，形成對結構自重所能影響的側面剛度以及彎矩，進行結構內力和設計要求下的標準作用分析，針對抗震性能需求進行力的集中點、分散點的設計，針對應用時難度變化進行技術要點的規(guī)定以及框架內容的優(yōu)化。明確設計中可采用的整體結構對施工過程進行性能調節(jié)，明確轉換層所要保障的承載、安全等與自重相關的性能條件，對技術質量及設計控制進行結構應用方面的測試，針對此結構的自重優(yōu)勢進行與其他類型相比較的承載性能差距，不斷優(yōu)化設計時的性能控制和受力調節(jié)。

2.3 厚板后梁式轉換層結構

厚板后梁式轉換層結構適用于上下柱網(wǎng)軸線錯開較多的建筑結構，采用厚板轉換層來實現(xiàn)結構對接，具有很強的工程應用靈活性，但是厚板后梁式的轉換層重量較大，使用的承重材料較多，而且厚板式轉換層是一個完整的整體，剛度較大，造成上層結構的布置困難，受力狀況模糊，不方便配筋計算。由于增加了暗梁，再加上其上部承載重量較大，對下部結構的穩(wěn)定性造成一定的影響，如果發(fā)生較為強烈的振動，會造成厚板的應力沿著豎向方向發(fā)生激增，上下層受力嚴重不均，甚至會發(fā)生裂縫現(xiàn)象。厚板轉換層結構設計通常先進行三維空間內力分析，尤其是對轉換層邊界形狀不規(guī)則、荷載分布復雜等特殊情況進行有線單元的應力分析，從而得出相應的內力計算結果、內力組合和配筋方式，同時模擬豎向荷載下的彎曲、剪應力、局部應力等數(shù)據(jù)。

3 建筑轉換層結構的合理設計策略

3.1 合理選取構件

在對構建展開選取工作期間，必須要將轉換層的施工作業(yè)特征以及設計原則作為依據(jù)，從而展開更加科學、合理的選取，絕不可以出現(xiàn)隨意選取、盲目選取的現(xiàn)象。在設置落地構件期間，必須要確保其能夠與重心貼近，并且確保其具備均勻性以及對稱性。必須要選取具備較高強度的落地構件，并且通過混凝土與鋼筋的相互作用，從而將構件的抗剪剛度、抗彎能力大幅度提升。

3.2 轉換梁與配筋

在轉換層角度而言，必須要綜合、細致地探究轉換梁內部受力的大小狀況，還需要對上部與轉換梁的完全融合分析成果進行關注。在開展設計工作期間，應該將支座負彎矩迅速衰減的特征有充分的掌握，并且將鋼筋牢靠、深入至支座處，將彎筋的選取避免，如果梁存在較小的跨度，可以將建筑上層位置的支座負筋拉通。對于沿梁的間距，應該控制在200 mm的范圍中，腰筋的直徑需要大于16^[3]。將實際的作業(yè)施工作為依據(jù)，可以了解深梁的受拉翼緣可以由轉換梁形成，可以收獲理想的成果。

3.3 確保轉換層剛度

轉換層高度的變化會影響結構剛度及性能強度，高層建筑中的設計通常將轉換層結構作為重點內容，依據(jù)整體質量需求將轉換層的荷載情況進行設計分析，基于結構中可能出現(xiàn)的突變反應進行薄弱位置上強化設計。根據(jù)建筑整體的剛度要求進行設計條件內剛度測試，使轉換層剛度能基于上部結構進行控制調整，依據(jù)剪力墻結構進行墻體厚度、混凝土用量上的控制，基于結構強度進行設計方案內數(shù)據(jù)應用控制及剛度性能控制。根據(jù)墻體分布方位進行結構布置方面要求，保障抗震性能使設計能依據(jù)項目等級標準進行材料剛度要求，在應用設計時能基于剛度控制進行建筑性能控制。