房屋建筑工程中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

馬敏生

摘要：隨著時代的進步，人們對生活住房的要求也不斷提高，對大多數(shù)高層建筑來說，將其主體結(jié)構(gòu)設(shè)計為轉(zhuǎn)換層是必須的。為了滿足人們對住宅的需求，高層建筑的功能越來越趨向于多樣化、復雜化、全面化。在高層建筑中，轉(zhuǎn)換層的運用突破了常規(guī)的設(shè)計，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)的變化起到了一個過渡、銜接的作用，促使建筑中各個組成部分的不同功能得以淋漓盡致地發(fā)揮。轉(zhuǎn)換層有著復雜的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)換層的施工中，為了保證施工的質(zhì)量，需要對設(shè)計的一些要點加以控制，采取各種措施來保證施工的質(zhì)量。因此，對高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要點的研究是刻不容緩的任務。

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

一、引言

目前，我國正處于一個不斷發(fā)展時代，這造就了大規(guī)模的高層建筑拔地而起。在建筑工程中，轉(zhuǎn)換層的運用突破了常規(guī)的設(shè)計，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)的變化起到了一個過渡、銜接的作用，促使建筑中各個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)計中，要結(jié)合工程的特點和實際情況，通過對建筑全方位的研究、計算和分析，選擇合理的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，發(fā)揮優(yōu)勢，解決問題，才能提高施工的效率。

二、高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)相關(guān)問題概述

（一）含義

高層建筑結(jié)構(gòu)具有上部樓層受力小而上部樓層受力大的特點，設(shè)計人員普遍會提高下部結(jié)構(gòu)的剛度以及墻、梁、柱等的數(shù)量，并在樓層逐漸升高的過程中，減少設(shè)計中的墻、柱結(jié)構(gòu)應用，繼而使建筑形成穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)支撐柱網(wǎng)，這就決定高層建筑的下部結(jié)構(gòu)空間要大于上部結(jié)構(gòu)的空間，此種設(shè)計與常規(guī)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案恰好相反，設(shè)計人員必須在空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的樓層加設(shè)水平的轉(zhuǎn)換構(gòu)件，才能保證設(shè)計目標的達成，此種結(jié)構(gòu)設(shè)計即為高層建筑的轉(zhuǎn)換層。

（二）形式

目前，高層建筑中轉(zhuǎn)換層的設(shè)計，主要采取箱、梁、板、柱、桁架、框架這幾種結(jié)構(gòu)形式，各種結(jié)構(gòu)形式在設(shè)計中存在著顯著的差別，這些差別便是設(shè)計者在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須遵從的前提與依據(jù)。

本文下面就對箱、梁、板以及框架幾種結(jié)構(gòu)加以分析。

1. 梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

常用于垂直轉(zhuǎn)換施工，它以上部墻到轉(zhuǎn)換梁再到下部柱的途徑傳遞受力，傳遞路徑直接順暢，便于進行受力計算以及工程分析，高度大致為0.8～6.0m，造價比較低。箱式結(jié)構(gòu)是在單項和雙向的托梁配合的基礎(chǔ)上，再與上層和下層樓板共同澆筑而成結(jié)構(gòu)，具有較高的剛度。

2. 板式結(jié)構(gòu)

板式結(jié)構(gòu)應用于上層和下層之間的柱網(wǎng)過多錯開，且不具有規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置，梁支托難以實施樓層轉(zhuǎn)換，板的厚度約為2.0～2.8m，需要能夠滿足抗剪與抗切的要求，且此種結(jié)構(gòu)便于靈活布設(shè)，但是它具有較大的自重，需要耗費諸多材料。

3. 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)是以巨型柱或者豎向的筒體為大梁而構(gòu)成的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，具有較高的抗震性能，其下層的柱體結(jié)構(gòu)布設(shè)，必須考慮實際拉應力的狀況來選擇適當?shù)臉?gòu)件，且要在施工之前加設(shè)穩(wěn)固的臨時支撐結(jié)構(gòu)，為目前轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)主要發(fā)展的趨勢。

4.原則高層建筑中轉(zhuǎn)換層的存在，非常容易造成建筑物在豎向?qū)用娴膭偠韧蛔儯焕诮ㄖφ鸷M行抵抗，所以，設(shè)計人員必須充分考慮這一問題，做好對于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的布設(shè)，其布設(shè)的原則一是盡量將豎向的構(gòu)件適當?shù)臏p少，以降低轉(zhuǎn)換層的剛度突變頻率，且盡量將轉(zhuǎn)換層設(shè)置于較低的樓層位置，剛度應當適當控制于較小的范圍；二是設(shè)計人員要充分考慮樓層的結(jié)構(gòu)受力狀況，根據(jù)其受力傳遞的途徑，選擇受力結(jié)構(gòu)適當?shù)男问阶鳛槠滢D(zhuǎn)換層主要結(jié)構(gòu)，以保證設(shè)計人員對于結(jié)構(gòu)的分析及質(zhì)量的控制。

三、高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計策略

（一）結(jié)合建筑具體設(shè)計方案，選擇適當結(jié)構(gòu)

設(shè)計人員在對轉(zhuǎn)換層進行設(shè)計時，必須結(jié)合該建筑的具體設(shè)計方案，來選擇適當?shù)牧菏?、箱式或桁架、框架式的結(jié)構(gòu)，以保證其轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)和建筑整體結(jié)構(gòu)之間在設(shè)計方面的協(xié)調(diào)性，盡可能使質(zhì)量中心貼近于剛度中心。比如，建筑的上層結(jié)構(gòu)與下層結(jié)構(gòu)在柱網(wǎng)錯開幅度過大或全部錯開時，應當選擇梁式的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，以使上部軸網(wǎng)和下部軸網(wǎng)之間盡可能多的對齊。

（二）認真做好落地構(gòu)件的對稱設(shè)計

設(shè)計人員還要認真地做好對于落地構(gòu)件的對稱、均勻設(shè)計，并適當提高其強度等級與截面尺寸，以鋼筋、混凝土材質(zhì)為材料，保證轉(zhuǎn)換層以下的抗側(cè)力構(gòu)件對于抗剪以及抗彎剛度需求的滿足。

同時，設(shè)計人員還要避免建筑豎向結(jié)構(gòu)剛度的過大差異，保證上層與下層二者的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)差值處于1左右，并適當?shù)貙⒙涞貕Φ暮穸仍黾?，并縮小洞口的尺寸，或?qū)⒀a償剪力墻設(shè)置在結(jié)構(gòu)中，以使建筑具有適當?shù)目臻g剛度。

（三）認真做好對于各部位構(gòu)件的局部應力計算

設(shè)計人員應當通過根據(jù)梁跨中部位支座的正彎矩與負彎矩二者減弱的速度規(guī)律（前者快后者慢），將下部的鋼筋設(shè)計為全部深進錨固結(jié)構(gòu)的形式，可以取消彎筋設(shè)置，腰筋的直徑要保持在16以上，配置間距控制于200mm以內(nèi)。且，高層建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層不同于其它普通的薄壁桿件，它具有復雜的形狀及受力狀況，且需要承擔相對集中的應力，因此，設(shè)計人員必須以整體計算作為基礎(chǔ)，認真做好對于各部位構(gòu)件的局部應力計算，并按照實際的應力分布狀況，為轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)適當?shù)呐浣睢?/p>

（四）盡量做好對于建筑的空間布設(shè)

高層建筑中的結(jié)構(gòu)與設(shè)備的轉(zhuǎn)換層一般位于同一樓層，若樓層高度為2.9m，勢必會造成樓層空間的浪費，若樓層高度小于2.2m，又會造成建筑扭轉(zhuǎn)剛度與側(cè)移剛度二者的增加，所以，為了應對建筑豎向剛度的突變，設(shè)計者還要盡可能地避免其轉(zhuǎn)換層的過高設(shè)置（一般位于6層以下），并且可以適當?shù)貙⒔Y(jié)構(gòu)與設(shè)備的轉(zhuǎn)換層分開設(shè)置，前者設(shè)置于2～3 層，而后者設(shè)置于4～5 層。

（五）必須要使剪力墻某部分處于直接接地的布設(shè)狀況

設(shè)計人員在設(shè)計轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時，必須要使剪力墻某部分處于直接接地的布設(shè)狀況，且框架支柱必須均勻疏密，剪力墻與支柱二者時間的距離適合控制于12m以內(nèi)。同時，剪力墻應當優(yōu)先選擇大開間的布置形式，并適當?shù)貙⑾虏拷Y(jié)構(gòu)的強度提升。

在對轉(zhuǎn)換大梁進行設(shè)計時，設(shè)計人員還要保證梁體在承受框架柱的應力的基礎(chǔ)上，必須能夠全面地承擔短肢墻誘發(fā)的內(nèi)力，為了達到這一目標，以加腋法為轉(zhuǎn)換梁的兩端進行處理，以提升其結(jié)構(gòu)的抗剪力性能。

（六）設(shè)計人員必須要合理設(shè)計轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的剛度

轉(zhuǎn)換層剛度過大會增加其材料用量，且造成地震反應以及豎向剛度的突變，剛度過小則會誘發(fā)部分構(gòu)件的次應力以及構(gòu)件之間的沉降差。所以，設(shè)計人員要在保證次梁具有合理的截面尺寸的基礎(chǔ)上，適當控制主梁剛度，使其主梁剛度切實地達到結(jié)構(gòu)受力的設(shè)計要求，以避免次應力的出現(xiàn)。同時，設(shè)計人員應當適當?shù)販p少上層結(jié)構(gòu)的剛度，取消對剪力墻的設(shè)計，并盡量在保證軸壓比的前提下，將墻肢剪短，并且適當?shù)卦黾悠湎虏拷Y(jié)構(gòu)的剛度，合理設(shè)置落地足夠數(shù)量、適當厚度的剪力墻（核心剪力墻厚度控制為400m，其它剪力墻則控制350mm），并且在對各剪力墻進行均勻布設(shè)的基礎(chǔ)上，盡可能地避免在其墻體上開設(shè)小洞。

四、結(jié)語

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑是未來房地產(chǎn)事業(yè)的一個總體趨勢，實現(xiàn)帶轉(zhuǎn)換層高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合性分析，能夠有效的避免在設(shè)計中留下重大的安全隱患，這不僅是對廣大人民群眾的負責，同時也是我國設(shè)計單位提高自身能力的一個必經(jīng)之路。未來，隨著帶轉(zhuǎn)換層高層建筑規(guī)模的擴大，在不斷的經(jīng)驗積累基礎(chǔ)上，我國的相關(guān)技術(shù)和設(shè)計理念還會得到完善。