淺談高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

包梅香

(宿遷市廣浩建筑設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 宿遷 223800)

1 高層建筑轉(zhuǎn)換層的含義和分類

1.1 高層建筑轉(zhuǎn)換層的含義

在一般情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)底部受力要遠(yuǎn)大于上部的受力，所以為了滿足可靠性和安全性的要求，底部結(jié)構(gòu)通常設(shè)立的柱網(wǎng)密、墻體多、剛度大，越往上墻體和柱的數(shù)量越來越少，這就會(huì)造成底部活動(dòng)范圍小于頂部，不能滿足對(duì)功能空間的需求數(shù)量，要想滿足建筑功能，一定要進(jìn)行改革創(chuàng)新。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)就是解決該問題的最好方法，在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層，設(shè)計(jì)水平的轉(zhuǎn)換構(gòu)件，從而滿足使用功能的需求。

1.2 高層建筑轉(zhuǎn)換層的分類

按結(jié)構(gòu)功能劃分高層建筑轉(zhuǎn)換層可以分為三類:

(1)高層建筑下部樓層的豎向結(jié)構(gòu)和上部樓層豎向結(jié)構(gòu)有很大的差異，這時(shí)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型的轉(zhuǎn)換，這種結(jié)構(gòu)主要適用于剪力墻結(jié)構(gòu)，通過把上部樓層的剪力墻轉(zhuǎn)換成下部樓層的框架，增加下部的自由空間。

(2)轉(zhuǎn)換層的上下層軸線、柱網(wǎng)的改變，可以擴(kuò)大下部樓層豎向結(jié)構(gòu)的軸線距離，從而增大下部結(jié)構(gòu)的空間。

(3)同時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)軸線布置和結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)上部樓層的剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蚣軙r(shí)，上下柱網(wǎng)軸線會(huì)錯(cuò)開，可以形成上下不對(duì)齊的結(jié)構(gòu)布置。

2 高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式

按照結(jié)構(gòu)形式來分類高層建筑轉(zhuǎn)換層可以分為桁架體系、粱—柱體系、厚板轉(zhuǎn)換體系和墻梁體系等，梁—柱體系是最為常見的。如果內(nèi)部需要形成較大的空間，包括軸線轉(zhuǎn)變和結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)變時(shí)，可以采用桁架式、梁式和板式的轉(zhuǎn)換層;

如果框筒結(jié)構(gòu)需要在底層形成較大的入口，這是可以使用多種轉(zhuǎn)換形式，梁式、墻式、拱式和合柱式。目前我國(guó)普遍使用梁式轉(zhuǎn)換層，由于設(shè)計(jì)和施工比較簡(jiǎn)單、受力比較明確，底部大空間的剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)經(jīng)常采用。

3 高層建筑轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)原則

在確定好結(jié)構(gòu)形式后，設(shè)計(jì)過程中還要遵循以下幾個(gè)原則:

(1)要盡量減少轉(zhuǎn)換次數(shù)，布置主體的豎向構(gòu)件時(shí)，要上下連續(xù)貫通盡可能多的剪力墻和柱，轉(zhuǎn)換構(gòu)件少，轉(zhuǎn)換層引起的剛度突變就會(huì)小，就會(huì)越有利于結(jié)構(gòu)的抗震。

(2)做到傳力直接，在設(shè)計(jì)時(shí)要避免多級(jí)轉(zhuǎn)換，使水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)能夠傳力直接，要避免避免使用次框、支柱梁的結(jié)構(gòu)方案。

(3)要優(yōu)化轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比值。按照相關(guān)的規(guī)范要求，在設(shè)計(jì)過程可以采取加大框支柱斷面、加厚剪力墻厚度、提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)來強(qiáng)化轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的剛度，還可以弱化上部結(jié)構(gòu)的剛度。這些措施可以減少優(yōu)化轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)承載力和側(cè)向剛度的變化，滿足抗震的要求。

(4)要保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，可以采用兩種力學(xué)模型不同的三維空間分析軟件來計(jì)算整體的內(nèi)力，兩種軟件計(jì)算完成后還要進(jìn)行結(jié)果的對(duì)比分析。

4 高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 高層建筑轉(zhuǎn)換層中有關(guān)抗震的設(shè)計(jì)

高層建筑轉(zhuǎn)換層會(huì)引起建筑物豎向剛度發(fā)生突變，遭遇地震作用時(shí)形成薄弱環(huán)節(jié)，就會(huì)影響結(jié)構(gòu)的抗震功能。所以在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)要做到以下幾點(diǎn):

(1)盡量減少需要轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，豎向構(gòu)件直接落地的數(shù)量越多，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)就會(huì)越少，剛度突變也就越小，有利于結(jié)構(gòu)的抗震。

(2)在高層建筑的豎向位置，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)宜低不宜高。

(3)要優(yōu)化轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)，選擇具有明確傳力路徑的型式，以利于結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)和確保施工的質(zhì)量。轉(zhuǎn)換層的剛度在滿足建筑物經(jīng)濟(jì)和安全要求下，宜小不宜大。

4.2 高層建筑轉(zhuǎn)換層總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)下部主體結(jié)構(gòu)剛度的分布。豎向剛度的突變?cè)谵D(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中是個(gè)非常復(fù)雜的問題，進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中上下層主體結(jié)構(gòu)總剪切度要滿足一定的要求，這時(shí)就可以采用增設(shè)剪力墻、提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)、加大下部主體豎向構(gòu)件的截面尺寸等方法。

(2)合理布置剪力墻。要注意到剪力墻對(duì)上下剛度傳遞時(shí)造成的影響，要想避免上下結(jié)構(gòu)剛度的突變，可以通過以下方法來解決:首先，減少上部的剛度，盡量不在上部設(shè)置剪力墻;其次，要加大下部的剛度，在條件允許的情況下，可以在適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置一些落地剪力墻，還要保證落地剪力墻的均勻?qū)ΨQ分布，不要出現(xiàn)過于集中的現(xiàn)象。

(3)合理選擇轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)剛度。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)，要合理的選擇轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的剛度。如果剛度過大，會(huì)引起豎向結(jié)構(gòu)的突然變大和地震反應(yīng)，使轉(zhuǎn)換層受力狀態(tài)很不好，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致材料的用量增加，造成成本增加，不具有經(jīng)濟(jì)合理性。如果剛度過小，上部的豎向構(gòu)件跟其它豎向構(gòu)件會(huì)出現(xiàn)很大的沉降差，導(dǎo)致水平構(gòu)件中產(chǎn)生次應(yīng)力，配筋也會(huì)增加。

4.3 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)

(1)框支柱的設(shè)計(jì)。在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，框支柱是重要的構(gòu)件，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性有著很大的影響。由于各種原因的存在，在實(shí)際施工中，樓板會(huì)出現(xiàn)變形的問題，剪力墻也會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。而且變形和裂縫都會(huì)降低剛度，使框支柱的剪力也增加很多。因此在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范單獨(dú)的設(shè)計(jì)能夠提高框支柱剪力的單元。還要把框支柱上部墻體的縱筋延伸至墻體的內(nèi)層，從而可以強(qiáng)化轉(zhuǎn)換層的上下連接關(guān)系。

(2)框支梁的設(shè)計(jì)。框支梁作為上下層荷載能力的傳輸紐帶，可以提升和保障框支剪力墻的抗震性。剪壓比能在很大程度上影響框支梁截面的尺寸，截面寬度一般要大于它兩倍的墻厚，要根據(jù)計(jì)算來得出框支梁截面的高度。由于框支梁截面受力情況比較復(fù)雜，受力也比較大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要保留一些安全儲(chǔ)備。作為抗震減震的重要構(gòu)件，框支梁能夠很明顯的提高抗震性能，所以它的受剪很大，實(shí)際操作施工時(shí)，要根據(jù)強(qiáng)剪弱彎的原則，加強(qiáng)箍筋的數(shù)量保證與縱筋數(shù)量的平衡。

(3)轉(zhuǎn)換層樓板的設(shè)計(jì)?？蛑Ъ袅νㄟ^轉(zhuǎn)換層可以分為上下兩部分，上下兩部分的受力情況是不同的。在上部的樓層中，外荷載引起的水平力是根據(jù)剪力墻的不同剛度比例進(jìn)行分配的;在下部的樓層中，落地剪力墻剛度由于跟框支柱的剛度有很大差別，它承擔(dān)了大部分的水平剪力，轉(zhuǎn)換層部分的荷載分配不均勻。轉(zhuǎn)換層樓板主要負(fù)責(zé)承擔(dān)上下部分剪力的分配，由于轉(zhuǎn)換層樓板受力強(qiáng)、變形幅度大，因此為了完成轉(zhuǎn)換任務(wù)必須要具備足夠的剛度。

5 結(jié)束語

在實(shí)際的高層建筑中，轉(zhuǎn)換層的使用是很普遍的，并且得到了越來越多的關(guān)注與推廣。根據(jù)高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇最為合適的轉(zhuǎn)換層類型，可以進(jìn)一步的完善高層建筑的使用功能。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要根據(jù)高層建筑自身的特點(diǎn)和計(jì)算得到的建筑構(gòu)件受力情況，來選擇最科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，從而保證高層建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性，滿足人們的不同使用要求。

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