建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

王叢然

摘要：當前，我國的建筑設(shè)計、特別是高層建筑的設(shè)計，常常會采用商業(yè)功能與住宅功能結(jié)合的設(shè)計模式，在建筑物下部構(gòu)建舉架較高的大跨度商用建筑空間，而上層則采用更加緊密的設(shè)計，體現(xiàn)建筑的居住功能。本文在此提出了自己的一些看法，望能為建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計;轉(zhuǎn)換層;結(jié)構(gòu)設(shè)計;注意事項

前 ?言

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，人們對高層建筑的功能要求趨向于多樣化、綜合化和全面化。高層建筑一般需要大空間、大跨度，而住宅用房的空間和跨度相對較小，這樣的建筑結(jié)構(gòu)上下不能貫通，水路、電路因其用途不同，也需重新布置，為了滿足建筑要求就必須在上下不同結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層。于是，帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)孕育而生，并在近年來得到較為廣泛的應(yīng)用。

一、建筑轉(zhuǎn)換層概念與特點分析研究

為了對不同的實用功能和建筑結(jié)構(gòu)進行劃分，便需要在建筑內(nèi)部設(shè)置轉(zhuǎn)換層，以調(diào)整不同結(jié)構(gòu)之間的受力情況，確保建筑物的使用安全。轉(zhuǎn)換層主要功能包括： 對建筑物內(nèi)部的剪力墻結(jié)構(gòu)或框架—剪力墻體系進行轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)剪力墻與框架之間的變換;改變建筑物上下受力柱的分布情況和分布密度; 同時轉(zhuǎn)變建筑層的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)軸網(wǎng)，形成上下結(jié)構(gòu)的不對齊布置三種。根據(jù)建筑物自身的特點和使用功能的需要，合理的選擇轉(zhuǎn)換層的設(shè)計模式，充分發(fā)揮出轉(zhuǎn)換層在建筑領(lǐng)域所發(fā)揮的作用，能夠進一步提高建筑物的穩(wěn)定性，延長建筑物的使用壽命，對我國建筑行業(yè)的發(fā)展有著積極的促進作用。由于轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)需要同時承受上部構(gòu)造在重力的作用下產(chǎn)生的垂直荷載，以及懸掛下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的多層荷載，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)內(nèi)部長期存在有較大的內(nèi)應(yīng)力。此外，轉(zhuǎn)換層的存在會對建筑物整體的受力狀況造成較大的影響，在一程度上降低了建筑物的整體性，這就要求轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計不能單純遵循傳統(tǒng)的建筑設(shè)計原則，而是要根據(jù)建筑物自身的特點進行靈活的設(shè)計，以滿足轉(zhuǎn)換層對剛度和強度的需求，確保建筑物的使用安全。

二、建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計原則及分類分析研究

1.轉(zhuǎn)換層的設(shè)計原則

首先，由于轉(zhuǎn)換層的設(shè)置會造成建筑物縱向剛度的突變，使其成為建筑物的薄弱環(huán)節(jié)，因此，在進行轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)當盡可能減少需要結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的縱向構(gòu)件，并相應(yīng)的增加直接落地的縱向構(gòu)件數(shù)量，從而降低建筑剛性突變的程度，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。其次，當轉(zhuǎn)換層高度較低時，對建筑物重心與受力狀況的影響相對較小，建筑物也因此更加穩(wěn)固。所以，在進行轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)當盡量降低轉(zhuǎn)換層所處的位置，保證建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。最后，轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當采取強化下部結(jié)構(gòu)，弱化上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路，并選擇具有明確傳力路徑的設(shè)計模式，在保證工程質(zhì)量的前提下，降低轉(zhuǎn)成的施工難度，控制轉(zhuǎn)換成的施工成本，更好的實現(xiàn)建筑物的經(jīng)濟效益社會效益。

2.轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計的分類

一是梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)采用剪力墻、框支梁與框支柱相結(jié)合的結(jié)構(gòu)布置方式來提高轉(zhuǎn)換層的強度與剛度，具有結(jié)構(gòu)可靠、施工難度低、傳力路徑清晰明確等特點，是目前我國建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用范圍最廣的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。二是板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)最顯著的特點便是能夠在轉(zhuǎn)換層之上隨意布置結(jié)構(gòu)形式與軸網(wǎng)，對于建筑物軸網(wǎng)布設(shè)較為復(fù)雜的建筑來說是十分合適的選擇。但是由于轉(zhuǎn)換板的受力狀態(tài)較為復(fù)雜，傳力路徑不夠明確，以及轉(zhuǎn)換板自身特點的限制，使得建筑物在轉(zhuǎn)換層處出現(xiàn)剛度的突變，令轉(zhuǎn)換層成為建筑物的薄弱環(huán)節(jié)，降低了建筑物對地震的抵抗能力，因而應(yīng)當謹慎使用。三是桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。與梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)相比，桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)更加明確，且具有較小的自重和良好的抗震性能，可以有效的提高建筑物的質(zhì)量，去報建筑物的使用安全。但是桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的節(jié)點設(shè)計難度較大，給施工過程帶來了一定的影響，從而限制了桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的使用。桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)適用于高度達到 3m 以上的轉(zhuǎn)換層設(shè)計當中，如果在桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，則可以進一步減小構(gòu)件的截面，達到節(jié)約空間、提高工程質(zhì)量、降低工程成本的作用。四是斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在是一種較為特殊的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，能夠充分的發(fā)揮出混凝土的承壓能力，有效的減少轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)對建筑內(nèi)部空間的占用。在設(shè)計斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時，需要注意結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水平荷載，通過加設(shè)拉梁或圈梁的方式，可以找到平衡水平荷載的最短路徑，提高轉(zhuǎn)換層的剛度和強度。五是巨型框架結(jié)構(gòu)。巨型框架結(jié)構(gòu)是當前我國轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展的新方向，該結(jié)構(gòu)由垂直分布的筒體或大型立柱以及數(shù)量不一的大梁構(gòu)成，形式多變，性能優(yōu)異，可以大大提高建筑物轉(zhuǎn)換層的強度和剛度。但是需要注意的是，巨型梁的內(nèi)部往往會存在一定的拉應(yīng)力，因而應(yīng)當將其歸類為受拉構(gòu)件進行設(shè)計。

三、建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中要注意的一些問題分析研究

1.保證轉(zhuǎn)換層的剛度

轉(zhuǎn)換層的高度是決定轉(zhuǎn)換層乃至建筑物整體質(zhì)量的重要因素，特別是在高層建筑的設(shè)計與施工過程中，建筑本身高度與重量上的特點決定了轉(zhuǎn)換層將會承受較大的垂直荷載，而轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)又很容易令建筑物在轉(zhuǎn)換層部位出現(xiàn)剛度突變，使轉(zhuǎn)換層成為建筑物的薄弱環(huán)節(jié)，降低建筑物的抗震性能。因此，在進行建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計時，要注意確保轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)剛度不低于其上層結(jié)構(gòu)剛度的 70%。為此，應(yīng)當合理的調(diào)整轉(zhuǎn)換層內(nèi)部剪力墻的分布狀況，適度的提高落地剪力墻的厚度，并使用強度等級較高的混凝土進行施工，同時盡可能將縱橫墻按照筒體的結(jié)構(gòu)進行排布，從而在根本上保證轉(zhuǎn)換層的剛度，確保建筑物的抗震性能不受影響。

2.提高轉(zhuǎn)換層與建筑物的整體性

通過調(diào)整轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容來提高轉(zhuǎn)換層與建筑物整體性的，能夠提高建筑物的穩(wěn)定性，延長建筑物的使用壽命。為此，應(yīng)當盡可能對其上下層之間的軸網(wǎng)，簡化轉(zhuǎn)換層的設(shè)計方案，盡可能令質(zhì)量中心與剛度中心相對應(yīng)，使轉(zhuǎn)換層的受力更加明確，從而避免使用板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，以防止建筑物出現(xiàn)剛度突變的現(xiàn)象，達到提高建筑物整體性的目的。

3.合理安排轉(zhuǎn)換層的位置

由于建筑物的受力模式較為復(fù)雜，且建筑物內(nèi)部的所受作用力的種類和分布都會隨著建筑高度的增加而發(fā)生微妙的變化，當高度達到一定的范圍后，建筑物所受的各項作用力的效果便會呈明顯的上升趨勢，給建筑物的設(shè)計帶來困難。如果轉(zhuǎn)換層的位置過高，不僅會令轉(zhuǎn)換層內(nèi)部的受力狀況發(fā)生改變，還會對上下層面的剛度與受力方式產(chǎn)生影響，使轉(zhuǎn)換層成為建筑物的薄弱環(huán)節(jié)，降低建筑物的抗震能力。因此，應(yīng)當盡量降低轉(zhuǎn)換層所處了位置，通常情況下，轉(zhuǎn)換層的位置應(yīng)以三層以下為宜，最高不得超過六層。

四、結(jié)束語

轉(zhuǎn)換層是建筑物內(nèi)部的常見結(jié)構(gòu)，了解建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，提高建筑轉(zhuǎn)換層的設(shè)計效果，能夠有效的保證建筑物的使用功能，并保證建筑物的防風抗震性能不受影響，對我國建筑行業(yè)的發(fā)展有著積極的意義。

參考文獻：

[1]邱劍雄.高層建筑梁、板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究[J].知識經(jīng)濟，2011.

[2]徐志杰.淺議高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計[J].山西建筑，2011

[3]關(guān)度豪.試述如何做好高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].價值工程，2010.