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

摘要：本文根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層一般類型與受力機(jī)理研討并結(jié)合作者實(shí)際工作設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真仔細(xì)的分析高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的多種型式，結(jié)構(gòu)傳力機(jī)理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，并對設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行了合理化的分析，對設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)研究探討。希望大家借鑒參考。

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

前言

近年來，由于我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們物質(zhì)生活水平的提高，對居住的高層建筑物要求也越來越高，更趨多元化和多樣化?，F(xiàn)代高層建筑較為常見的形式為，上部為小開間的住宅，其下部為大開間的商場或公共娛樂設(shè)施。從建筑物的功能上來分析，建筑物的上部需要

較多的墻體來分隔空間以滿足住戶型的需求，下部則希望有盡可能大而靈活的空間，大柱網(wǎng)少墻體，以滿足公共需求。按照這樣布局的建筑物結(jié)構(gòu)受力布置時(shí)，則為上大下小，與常規(guī)的結(jié)構(gòu)豎向受力布置的原則正好相反。因此，為滿足建筑物的功能要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面設(shè)置結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換層，通過其框架梁及構(gòu)件將結(jié)構(gòu)受力傳遞至地下基礎(chǔ)。

1 轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)原則

由于將轉(zhuǎn)換層設(shè)置在建筑中會使豎向剛度發(fā)生改變，導(dǎo)致抗震能力下降，因此，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層的時(shí)候，要嚴(yán)格遵循這些設(shè)計(jì)原則：盡可能選直接落地的豎向構(gòu)件，需結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件要少用，因?yàn)樗鼤关Q向剛度發(fā)生突變，降低建筑的抗震能力；在選擇轉(zhuǎn)換層的豎向位置時(shí)，盡可能選較低的位置；使用傳力路徑比較明顯的換層結(jié)構(gòu)促進(jìn)結(jié)構(gòu)的分析和工程的實(shí)施；對于轉(zhuǎn)換剛度，把握宜大不宜小原則。這樣，就能夠減少建筑的剛度突變，防止建筑結(jié)構(gòu)的變化而導(dǎo)致框支柱被破壞，保證抗震能力

2 轉(zhuǎn)換層一般類型與受力機(jī)理研討

轉(zhuǎn)換層根據(jù)建筑功能的需要，可作為正常使用的樓層，但應(yīng)有較大的層高作為保證；在層高受限制或設(shè)備專業(yè)需要時(shí)，也可以作為設(shè)備層，在結(jié)構(gòu)型式上，轉(zhuǎn)換層在設(shè)計(jì)常分為以下幾種類型：

2 1梁式轉(zhuǎn)換層，即將上部剪力墻在框支梁上，再由框支柱來支撐框支梁的結(jié)構(gòu)受力體系。當(dāng)需要縱橫向同時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)，則采用雙向梁布置。其優(yōu)點(diǎn)為設(shè)計(jì)和施工均相對簡單快捷，傳力方向較為明確，是目前應(yīng)用最廣的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式。一般運(yùn)用于底部大空間的框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

2 2箱式轉(zhuǎn)換層，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁截面過大時(shí)，設(shè)一層樓板已不能滿足平面內(nèi)樓板剛度無限大的假定。為了使理論假定和與實(shí)際相符，可在轉(zhuǎn)換梁梁頂和梁底同時(shí)設(shè)一層樓板，形成一個(gè)箱形梁，箱形梁的這種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，一般宜遍布全層設(shè)置，且沿建筑周邊環(huán)通構(gòu)成“箱子”，即稱箱式轉(zhuǎn)換層。箱式轉(zhuǎn)換層的重要優(yōu)點(diǎn)在于，轉(zhuǎn)換梁的約束強(qiáng)，剛度大，整體受力效果好，上下部傳力較為均勻，還可將其利用作為設(shè)備層，其缺點(diǎn)是施工復(fù)雜，造價(jià)較高。此外，轉(zhuǎn)換層還有厚板式轉(zhuǎn)換層、桁架式轉(zhuǎn)換層等。但大都因受力復(fù)雜且施工難度大、經(jīng)濟(jì)效益不高而實(shí)際應(yīng)用相對少。

2 3梁式轉(zhuǎn)換層的受力機(jī)理分析：梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的傳力途徑為墻- 梁- 柱（墻）的形式，傳力直接，便于分析計(jì)算。轉(zhuǎn)換大梁的受力主要受上部剪力墻剛度、剪力墻與轉(zhuǎn)換大梁的相對剛度和轉(zhuǎn)換大梁與下部支撐結(jié)構(gòu)的相對剛度影響。為弄清轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)與上部墻體共同工作的性能，文獻(xiàn)中已對轉(zhuǎn)換梁承托層數(shù)對其內(nèi)力的影響進(jìn)行用有限元程序進(jìn)行了分析，從分析結(jié)果中我們知道，對一般結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換大梁（跨度小于12m），上部墻體考慮3 層與考慮4 層、5 層內(nèi)力的設(shè)計(jì)控制內(nèi)力差異不大于5%，故在分析計(jì)算時(shí)可只考慮計(jì)算3 層。從計(jì)算分析不論轉(zhuǎn)換大梁上部墻體的形式如何，只要墻體有一定長度，轉(zhuǎn)換大梁中的彎矩就會比不考慮上部墻體作用要小，同時(shí)轉(zhuǎn)換大梁也會有一段范圍出現(xiàn)受拉區(qū)。主要原因：一是由于轉(zhuǎn)換大梁處于結(jié)構(gòu)整體彎曲的受拉區(qū)，應(yīng)力積分后在轉(zhuǎn)換大梁中就會出現(xiàn)軸向拉力，二是由于上部墻體豎向力作用于轉(zhuǎn)換大梁時(shí)形成了拱的傳力方式，這樣豎向力轉(zhuǎn)變成斜向力作用于轉(zhuǎn)換大梁，從而在轉(zhuǎn)換大梁跨中出現(xiàn)拉力，支座出現(xiàn)軸向壓力的情況

3 建筑轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

在高層建筑轉(zhuǎn)換層的施工中存在著諸多難點(diǎn)，主要難點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的跨度以及構(gòu)件截面尺寸大，鋼筋含量大，并且鋼筋排布十分密集，混凝土的強(qiáng)度等級高，又是大體積混凝土，樓層高且自重大，模板支撐要求高。根據(jù)高層建筑轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)原則和施工結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際情況，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了以下分析。

3 1設(shè)計(jì)戰(zhàn)略及選擇構(gòu)件

根據(jù)高層建筑轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)原則和施工結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首先要根據(jù)建筑的自身特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求來選擇最適合的轉(zhuǎn)換層。設(shè)置落地構(gòu)件時(shí)，要做到對稱、均勻，貼近重心。使用的落地構(gòu)件要高強(qiáng)度，通過鋼筋和混凝土的混合，提高構(gòu)件的抗彎能力和抗剪剛度。

3 2設(shè)計(jì)配筋和轉(zhuǎn)換梁

對配筋進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要根據(jù)支座負(fù)彎矩衰減迅速的特點(diǎn)，將鋼筋都深入牢固到支座上，避免選擇彎筋。梁跨稍小時(shí)可用以拉通建筑上層支座負(fù)筋。沿梁高的間距要低于200mm，直徑要大于16 的腰筋。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換梁的時(shí)候，要綜合轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力大小和受力情況進(jìn)行分析，注意分析轉(zhuǎn)換梁與上部的完全共同分作結(jié)果。據(jù)研究，把轉(zhuǎn)換梁當(dāng)做深梁的受拉翼緣，可以獲得更佳的效果。

3 3控制軸壓比和落地剪力墻的間距離

根據(jù)工程的技術(shù)以及分析可以看出，框支柱在垂直或者水平荷載作用下的彎矩和剪力相對較小，其主要是承受軸壓力，所以要嚴(yán)格控制軸壓比。在考慮抗震程度時(shí)，對軸壓比的要求是低于0.6。對于落地剪力墻間距的控制，應(yīng)當(dāng)用比較厚的樓板，保證樓板厚度不低于200mm對樓板的開洞數(shù)量要嚴(yán)格控制，使用雙向雙面鋼筋，在板角還要增加斜筋。這是因?yàn)榈卣饡?dǎo)致高層建筑轉(zhuǎn)換層的剪力改變，在自身平面內(nèi)增加受力?？刂坪寐涞丶袅Φ拈g距才能使建筑具有良好的抗震能力。

3 4設(shè)計(jì)空間

一般來說，將高層建筑轉(zhuǎn)換層放在比較高2 到3 層的位置，設(shè)備轉(zhuǎn)換層大概在稍低的4 到5 層的地方是最為適合的，這樣既能充分利用空間，也使上下層得到適當(dāng)合理銜接如果設(shè)置在和設(shè)備轉(zhuǎn)換層同樣高的地方，會浪費(fèi)空間；放置較低則會增大側(cè)移剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。

3 5剛度的保證

對轉(zhuǎn)換層上下剛度的選擇也是很重要的，不能使上下剛度變化過大。設(shè)計(jì)時(shí)，使上下層剛度變化率接近1 是做好的，不能大于2。為保證轉(zhuǎn)換層上下層剛度，增加空間層的剛度，可以通過加厚落地墻、減小洞口大小、設(shè)立補(bǔ)償剪力墻和采用更高強(qiáng)度的砼等方法實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語

當(dāng)下，高層建筑的功能越來越趨向于多樣化、復(fù)雜化、全面化，轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的應(yīng)用是不可缺少的。在現(xiàn)代高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，因其應(yīng)用功能的多樣化而使建筑物結(jié)構(gòu)傳力體系復(fù)雜，轉(zhuǎn)換層的運(yùn)用突破了常規(guī)的設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層中轉(zhuǎn)換構(gòu)件，其對建筑結(jié)構(gòu)的變化起到了一個(gè)過渡、銜接的作用，促使建筑中各個(gè)組成部分的不同功能得以淋漓盡致地發(fā)揮。因此，在高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，要結(jié)合工程的特點(diǎn)和實(shí)際情況，通過對建筑全方位的研究、計(jì)算和分析，選擇合理的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，發(fā)揮優(yōu)勢，解決問題，才能提高施工的效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂革，吳菲.談高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)際工程中的運(yùn)用[J]，中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2012，（12）：198-199.

[2]林紅雨.淺析高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)--以某高層住宅建筑為例[J]，建筑知識：學(xué)術(shù)刊.2012，（02）：79-79.