探討高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計

【摘要】在社會發(fā)展越來越迅速的今天，我們對各種服務(wù)行業(yè)的要求也越來越高，特別是高層建筑也得到了迅速的發(fā)展，應(yīng)人們的要求，高層建筑也正向著多樣化、復(fù)雜、多功能的方向發(fā)展，但是，其建設(shè)難度也大大增加，本文首先對高層建筑轉(zhuǎn)換層的定義、類型及功能進(jìn)行了系統(tǒng)的論述，根據(jù)分類又進(jìn)一步的進(jìn)行了研究，最后提出了一些常見問題以及解決方案，希望對相關(guān)部門提供借鑒。

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

1.前言

高層建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工程，在設(shè)計施工之前必須要對其進(jìn)行細(xì)致的分析討論，確定方案無誤時才能進(jìn)行施工，從力學(xué)的角度來分析，可以看出高層建筑轉(zhuǎn)換層的上下層內(nèi)力比較集中，并且地震力集中，設(shè)計起來非常困難，這也逐漸成為高層建筑設(shè)計的重要問題之一，一直受到國內(nèi)外的高度重視，為了保證設(shè)計的舒適安全，必須要對高層建筑的結(jié)構(gòu)變化處設(shè)置轉(zhuǎn)換層，下面我們就對轉(zhuǎn)換層設(shè)計進(jìn)行系統(tǒng)的論述。

2.轉(zhuǎn)換層的定義和功能

高層建筑轉(zhuǎn)換層可以分為兩類，一類是結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，另一類是功能轉(zhuǎn)換層，本文主要是對結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行論述。

結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的定義：對于一些高層建筑來說，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計有一定的難度，高層建筑一般上部用于公司辦公或者居民住房，這樣需要的墻多柱少，而下部一般用于超市等的商業(yè)用處，需要更大的空間，這樣需要的就是墻少柱多，所以就必須要對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將上部的墻體所承受的內(nèi)力轉(zhuǎn)移到下面的支柱上，這樣的具備轉(zhuǎn)換力的樓層一般被稱為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。

功能：結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的功能有很多，主要是將上下樓層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、改變上下層的柱網(wǎng)和結(jié)構(gòu)類型、對上下層結(jié)構(gòu)類型和柱網(wǎng)一起改變。

3.結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的類型及設(shè)計方法論述

高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層可以分為四種類型：梁式轉(zhuǎn)換層、厚板式轉(zhuǎn)換層、箱式轉(zhuǎn)換層和桁架式轉(zhuǎn)換層。

3.1梁式轉(zhuǎn)換層

特點(diǎn)：梁式轉(zhuǎn)換層分為托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計和托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計，這兩者是按功能不同來進(jìn)行劃分的。

（1）托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承接的是上部的普通框架時，可以按照普通的截面設(shè)計進(jìn)行配筋計算，因?yàn)檫@時的轉(zhuǎn)換梁承受的力基本上和普通梁承受的力是一樣的，但是，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承受的是上部斜桿框架時，就應(yīng)該按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行截面尺寸設(shè)計，因?yàn)?，此時的轉(zhuǎn)換面承受的是軸向拉力。

（2）托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計。在轉(zhuǎn)換梁的施工過程中，力學(xué)問題是一個關(guān)鍵問題，必須要予以重視，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承受上部的墻體是小墻體時，要采取普通梁的截面設(shè)計方法進(jìn)行配筋計算，且縱向的鋼筋也可以放置在轉(zhuǎn)換梁的底部，像普通梁那樣布置就可以了；當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承受的是上部墻體且滿跨不開洞時，轉(zhuǎn)換梁應(yīng)采取的截面設(shè)計方法是深梁截面設(shè)計方法，它的受力特點(diǎn)和破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，不過此時的轉(zhuǎn)換梁跨中較大范圍的內(nèi)力較大，所以其縱向的鋼筋就不應(yīng)該彎曲或者截斷了；當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨或者不滿跨時，但是剪力墻長度比較大時，應(yīng)該采取的轉(zhuǎn)換梁設(shè)計方法是深梁截面設(shè)計方法。

3.2箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁的截面較大時，可以在轉(zhuǎn)換梁的梁頂和梁底同時設(shè)置一層樓板，遍布全層，使得整個樓層都構(gòu)成“箱子”形式，也因此被稱為“箱型轉(zhuǎn)換層。

箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)也是高層建筑設(shè)計中較為常用的一種結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)計過程中主要要注意支撐體系的合理設(shè)置，這是保證建筑施工質(zhì)量的重要前提，主要特點(diǎn)有：層高大、自重大、混凝土強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)受力比較復(fù)雜、墻柱模板支設(shè)困難等，主要優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換層本身的整體性非常好，但是，它也有其缺點(diǎn)，就是它直接占用了整個樓層的面積，使得這個樓層不能再有其他用途，只能當(dāng)做設(shè)備層使用，還有一個缺點(diǎn)就是上面所提出的自重大、造價高，這也是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中很少使用的原因。

3.3厚板式轉(zhuǎn)換層

這種厚板厚梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)是布置靈活，整體性比較好，當(dāng)上、下柱網(wǎng)線錯開比較多很難用梁來承托時就需要采取這種形式，做成厚板，厚板的厚度也可以根據(jù)上下的結(jié)構(gòu)以及柱網(wǎng)尺寸而定，但是這種厚板式轉(zhuǎn)換層的自重很大，地震作用大，耗費(fèi)材料多，不僅耗費(fèi)資金而且還容易發(fā)生震害，所以這種方法采用的也不是很多。

厚板式轉(zhuǎn)換層可以采用TBSA等的三維空間分析程序?qū)φw進(jìn)行內(nèi)力分析，主要是轉(zhuǎn)換板的不規(guī)則邊界，這樣的一般會采用有效單元法進(jìn)行內(nèi)力分析，還可以采用復(fù)雜樓板有限元分析軟件進(jìn)行進(jìn)一步計算，還可以對板在收到豎向壓力荷載的受彎和局部壓力等的進(jìn)行計算。

3.4桁架式轉(zhuǎn)換層

桁架可以分為兩種，一種是空腹桁架，另一種是實(shí)腹桁架，這種桁架式轉(zhuǎn)換層主要是由梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換而來的，與梁式轉(zhuǎn)換層相比它的受力更加明確、整體性好、抗震能力強(qiáng)、框架支柱柱頂彎矩和剪力更加小一點(diǎn)，這是它主要的優(yōu)點(diǎn)，但是缺點(diǎn)也比較明顯，施工難度大，更加復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)設(shè)計難度大?？梢詫ζ溥M(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析，當(dāng)高層建筑的下部為大商場時，需要的空間必須要大，上部則是居住辦公等的小空間，在這時就可以采用桁架式轉(zhuǎn)換層，特別是在需要設(shè)置管道時，更要采取這種方式，一般采用桁架式轉(zhuǎn)換層時應(yīng)該跨滿層進(jìn)行布置，而且上弦節(jié)點(diǎn)要與上部密柱中心對齊。桁架式轉(zhuǎn)換層的重量比較小，所以也減小了下部框架的承重負(fù)荷。

4.轉(zhuǎn)換層施工遇到的問題及對策

4.1遇到的問題

（1）轉(zhuǎn)換層的自重大、占用空間大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在施工過程中難度大，材料的占用量也非常大，施工成本也大大增加。（2）在轉(zhuǎn)換層中，有的具有大體積的混凝土施工，這樣容易出現(xiàn)升溫裂縫的現(xiàn)象。（3）要減小轉(zhuǎn)換層施工對下部的影響。

4.2解決措施

（1）合理的對支撐體系進(jìn)行布置，要結(jié)合下部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行靈活的布置，采用懸空支撐體系進(jìn)行支撐，盡量減小對樓板直接的作用力。（2）對于轉(zhuǎn)換層混凝土體積較大，應(yīng)該采取一定的措施，比如：采用養(yǎng)護(hù)措施對溫度進(jìn)行調(diào)整、使用低水化熱的礦渣、在完成施工拆除支撐體系時，要確?；炷恋母蓾癯潭仁欠穹弦蟮鹊取＃?）減小轉(zhuǎn)換層施工對下部的影響主要采取的措施是分層澆灌混凝土，讓先澆灌的部分承擔(dān)一部分的重量，卸載支撐體系的負(fù)荷。（4）在鋼筋翻詳前一定要對設(shè)計意圖以及熟練程度、審核等進(jìn)行深一步的了解，熟練掌握相關(guān)規(guī)定，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁的高度較高時一定要保證鋼筋骨架的穩(wěn)定，這樣才能安全方便的進(jìn)行操作。

5.結(jié)語

高層建筑中，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計一直是建筑行業(yè)人員十分關(guān)注的問題，由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和工程量巨大，需要工作人員對其進(jìn)行充分的了解，合理的設(shè)計規(guī)劃，對于高層建筑轉(zhuǎn)換層的設(shè)計要選擇合理的、合適的轉(zhuǎn)換層形式，在設(shè)計布置時，加強(qiáng)主要構(gòu)件來增加設(shè)計結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。目前高層建筑的轉(zhuǎn)換層設(shè)計還不完善，需要我們不斷的研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行深一步的探索。

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