淺析高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

吳天天

摘 要：在對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，設(shè)計人員要做好設(shè)計準(zhǔn)備，對設(shè)計原則、設(shè)計要求、設(shè)計注意點進行全面分析及認識，保證梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計與高層建筑需求一致，提升設(shè)計的使用效果。人員要將安全問題放在設(shè)計的突出位置，提升安全控制效益，改善建筑結(jié)構(gòu)的整體防震質(zhì)量，確保我國高層建筑又好又快發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

高層建筑結(jié)構(gòu)下部受力狀況遠遠高于上部，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中需要對下部的剛度進行合理選取。傳統(tǒng)措施主要是通過增加下部墻體，提升柱網(wǎng)達到對墻體結(jié)構(gòu)密度的提升，但這種方法在高層建筑施工中操作難度較大，實用性較差，整體效果并不理想。高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計主要通過對高層建筑結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，依照反常規(guī)設(shè)計實現(xiàn)受力轉(zhuǎn)化的一項操作。該設(shè)計的過程中要對各項構(gòu)建、剪力墻、轉(zhuǎn)換柱等進行重新設(shè)計，嚴格依照剛度要求，改善傳力途徑，其具體設(shè)計原則包括：

減少豎向構(gòu)件：結(jié)構(gòu)在實施轉(zhuǎn)換的過程中要最大限度減少豎向構(gòu)件。豎向構(gòu)件可以有效減少高層建筑施工中所需要的各項轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，當(dāng)豎向構(gòu)件越多，整體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的剛度突變越小，整體抗震效果大幅降低，對高層建筑具有非常嚴重的影響；

轉(zhuǎn)換柱及剪力墻的對稱布置：在進行上述結(jié)構(gòu)設(shè)置的過程中，人員要盡量保證上述結(jié)構(gòu)對稱，要盡量將梁面上的立柱轉(zhuǎn)換為梁跨的梁體，保證兩者之間的柱腳轉(zhuǎn)角在規(guī)定范圍內(nèi)。只有控制好轉(zhuǎn)換柱及剪力墻之間的對稱布置，才能夠從根本上提升兩者之間的轉(zhuǎn)角控制效益，降低立柱可能出現(xiàn)的超筋現(xiàn)象；

強化轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)剛度：在對轉(zhuǎn)換層的剛度進行控制的過程中要適當(dāng)弱化整體剛度效果，保證上下部之間變形及結(jié)構(gòu)剛度特征相近。在設(shè)計的過程中要控制好以下兩方面。第一，使用剪力墻提升抗側(cè)剛度時要保證建筑結(jié)構(gòu)整體剛度均勻，剛度質(zhì)量中心與剛度中心能夠完全結(jié)合在一起，防止出現(xiàn)兩者中心偏移現(xiàn)象，提升建筑物結(jié)構(gòu)之間的扭轉(zhuǎn)控制效果；第二，增強簡體截面的控制效果，保證簡體結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度比重在下部結(jié)構(gòu)中上升，保證整體抗震荷載級數(shù)達到安全設(shè)計要求，提升整體的抗震、防震效果，改善高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)質(zhì)量；

轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)位置：上升位置設(shè)計的過程中要保證主體盡量處于較低的位置。當(dāng)轉(zhuǎn)換層過高時非常容易出現(xiàn)框架剪力墻結(jié)構(gòu)剛度及內(nèi)力達不到標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致整體的使用效益大打折扣。此時，高層建筑的抗震效果非常低下。在轉(zhuǎn)換層設(shè)計的過程中要嚴格依照高位轉(zhuǎn)換原理，對各項下部框架控制結(jié)構(gòu)剛度進行調(diào)整，保證實現(xiàn)軸向變形控制，減少層間存在的壓力；

轉(zhuǎn)換層計算要求：轉(zhuǎn)換層在計算設(shè)計的過程中要對各項數(shù)據(jù)進行全面采集，依照工程結(jié)構(gòu)主體狀況對細節(jié)進行明確，形成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。上述結(jié)構(gòu)處理的過程中，人員要依照受力變形狀況實施數(shù)學(xué)建模，依照計算機技術(shù)及信息處理技術(shù)，對各項三維立體空間進行構(gòu)建。例如，設(shè)計人員可以選取有限元方法對轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進行次進行局部補充及計算，完成各項整體之間的兩層結(jié)構(gòu)模型計算，實現(xiàn)對各項模型條件的處理，保證模型數(shù)據(jù)符合實際施工需求。

2 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

在實施高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，涉及人員要嚴格依照以下內(nèi)容要求，對各項設(shè)計內(nèi)容進行落實。

2.1 轉(zhuǎn)換大梁設(shè)計

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時要將其主體大梁分為兩部分，依照具體施工部位，實施對應(yīng)處理。轉(zhuǎn)換層大梁的處理：該處理過程中的過程中要對轉(zhuǎn)換層大梁受力數(shù)據(jù)全面分析，依照柱豎向荷載或者承托建筑結(jié)構(gòu)上部剪力墻內(nèi)容，形成各項組件構(gòu)建，為建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)；轉(zhuǎn)換層樓板的處理：在轉(zhuǎn)換層樓板處理的過程中要對水平剪力狀況進行全面提升，改善整體平面內(nèi)剪力狀況。在高層轉(zhuǎn)換設(shè)計的過程中，通過對各項樓板之間的控制能夠有效提升負載狀況，提升豎向受力效果，保證樓板具有高度的剛度及強度。在對轉(zhuǎn)換大梁設(shè)計中人員要通過三維空間分析程序?qū)Ω黜椩O(shè)計細節(jié)效果進行處理，觀察結(jié)構(gòu)之間的銜接效果。確定轉(zhuǎn)換大梁與主體之間連接效果良好后，才可以對本部分設(shè)計進行明確。

2.2 分析計算轉(zhuǎn)換層

分析計算轉(zhuǎn)換層能夠有效提升局部力的補充計算狀況，改善局部分析的有效性及合理性。上述分析計算主要通過平面有限元完成，實現(xiàn)各項數(shù)據(jù)之間影響的分析及探究。人員要對各項平面內(nèi)剛度影響因素進行合理控制，依照樓層要求及內(nèi)部狀況，實施拘捕計算。除此之外，在上述結(jié)構(gòu)分析計算的過程中還要對樓層平面內(nèi)的剛度實施三維空間盒子模型構(gòu)建，保證模型數(shù)據(jù)與整體高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)控制的有效性。相關(guān)資料顯示：框支剪力墻計算非常的復(fù)雜。一旦出現(xiàn)連接不良非常容易出現(xiàn)計算誤差，導(dǎo)致整體之間的分析效果受到限制。因此，建立空間分析過程時要將梁柱作為分析基礎(chǔ)，建立底部框支剪力墻分析的過程中要將剪力墻作為基礎(chǔ)，構(gòu)建研究模型。

3 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計注意點

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容較為復(fù)雜，只有在對上述操作原則進行全面分析，控制好各項設(shè)計要點后才能夠提升設(shè)計效果，改善高層建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量。除此之外，設(shè)計人員還要明確各項高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的各項注意點，最大限度降低施工過程中可能出現(xiàn)的安全問題及質(zhì)量問題。

轉(zhuǎn)換梁設(shè)計是高層建筑設(shè)計中的關(guān)鍵問題。在設(shè)計的過程中，轉(zhuǎn)換梁決定了高層轉(zhuǎn)換層設(shè)計效益。當(dāng)前高層建筑中主要是將轉(zhuǎn)換層作為設(shè)備層使用，在設(shè)計的過程中要依照設(shè)備層結(jié)構(gòu)要求落實各項設(shè)計內(nèi)容，細化設(shè)計方案。因此，轉(zhuǎn)換層要在其本身的基礎(chǔ)上設(shè)置腹部開口，設(shè)計人員要依照建筑結(jié)構(gòu)狀況明確開口位置及開口大小。

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁的跨中彎矩和支座剪力與上部結(jié)構(gòu)之間協(xié)調(diào)性較差時非常容易出現(xiàn)建筑安全問題，導(dǎo)致建筑防震效果受到嚴重限制。因此，在對該部分設(shè)計的過程中，設(shè)計人員要首先充分考慮轉(zhuǎn)換梁與高層建筑上層結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)效果，依照兩部分內(nèi)容的共同工作程度實施對應(yīng)設(shè)計，細化設(shè)計內(nèi)容。

在設(shè)計的過程中，設(shè)計人員要最大限度降低轉(zhuǎn)換層與下部結(jié)構(gòu)豎向剛度產(chǎn)生突變，防止轉(zhuǎn)換層與下部結(jié)構(gòu)之間的銜接效果受到限制，造成主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量降低。除此之外，在下部結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中要在保證建筑物性能需求前提下盡量提升對應(yīng)結(jié)構(gòu)的截面尺寸，增加剪力墻。要適當(dāng)調(diào)整混凝土的結(jié)構(gòu)等級，保證混凝土強度在C30以上，確保提升下部整體設(shè)計強度，提升高層建筑結(jié)構(gòu)使用效益。

設(shè)計的過程中，人員要依照具體高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)境，依照施工現(xiàn)場狀況對設(shè)計內(nèi)容的可操作性進行強化。人員需要嚴格滿足建筑外觀需求，在上述要求下不斷調(diào)整及完善高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計，提升現(xiàn)場施工效益。

4 結(jié) 語

上世紀70年代開始，我國開始將高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)作為高層建筑設(shè)計的重要內(nèi)容，提升了建筑結(jié)構(gòu)控制的效益。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換設(shè)計完成了對建筑空間的提升，實現(xiàn)了對常用結(jié)構(gòu)形式的靈活連接及轉(zhuǎn)變，對我國高層建筑安全指標(biāo)具有非常積極的意義。除此之外，上述結(jié)構(gòu)還能夠改善建筑受力狀況，降低傳統(tǒng)高層建筑施工過程中的操作難度，已經(jīng)成為當(dāng)前高層施工中不可或缺的內(nèi)容。

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