建筑工程梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐分析

蘇暢 張志偉

摘要：隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)也獲得了巨大的進(jìn)步，其中梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)更是得到了廣泛的應(yīng)用。本文就簡要分析了梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)原則與梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

關(guān)鍵詞：建筑工程；梁式轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；實(shí)踐分析

引言

隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，我們的建筑越來越高，功能越來越復(fù)雜，相應(yīng)的，對結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求也越來越高。正是在這種大環(huán)境中，梁式轉(zhuǎn)換層被創(chuàng)造了出來，并對高層建筑的設(shè)計(jì)做出了巨大的貢獻(xiàn)。

一、梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)換層顧名思義就是某樓層的上下兩部分，由于平面上使用功能變化，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化，而在兩種結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)換的位置，我們稱為轉(zhuǎn)換層。而本文所介紹的梁式轉(zhuǎn)換層就是諸多結(jié)構(gòu)形式中應(yīng)用最廣泛的一種。而梁式轉(zhuǎn)換層簡單地說就是由框支柱和框支梁組成的轉(zhuǎn)換層。

在上世紀(jì)七十年代，梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)就已經(jīng)出現(xiàn)在了我國，并被應(yīng)用到實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。但是，當(dāng)時(shí)梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)并沒有被應(yīng)用在轉(zhuǎn)換層上，而是被用在解決建筑結(jié)構(gòu)下層大開間的問題上。等到八十年代的時(shí)候，梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)越來越受重視，并獲得了不斷完善和系統(tǒng)化的機(jī)會(huì)。等到九十年代的時(shí)候，梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在大連的某棟建筑中以梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的形式首次出現(xiàn)，為我國的建筑開辟了新的發(fā)展方向。

二、梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)原則

（一）減少高層建筑的豎向構(gòu)件

在高層建筑中，使用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該考慮的就是要盡可能的減少整個(gè)建筑中的豎向構(gòu)件。因?yàn)樵诮ㄖ?nèi)部，如果它的豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件過多，那么在進(jìn)行平面功能變化時(shí)，可以變化的功能結(jié)構(gòu)的數(shù)量就會(huì)很少。這樣就會(huì)對梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)造成影響，使梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，進(jìn)而影響整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，甚至產(chǎn)生建筑安全隱患。

（二）要對稱布置轉(zhuǎn)換柱和剪力墻

在在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師一定要按照國家規(guī)范嚴(yán)格進(jìn)行布置，尤其是在布置轉(zhuǎn)換柱和剪力墻的時(shí)候，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師更應(yīng)該注意，一定要保證轉(zhuǎn)換柱和剪力墻兩者之間的對稱性。轉(zhuǎn)換柱最好是能夠放置在轉(zhuǎn)換梁的中間，這樣能夠防止轉(zhuǎn)換梁在發(fā)生嚴(yán)重形變時(shí)，對轉(zhuǎn)換柱產(chǎn)生影響，避免轉(zhuǎn)換柱隨轉(zhuǎn)換梁的形變而發(fā)生形變。

（三）確保梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)剛度

在進(jìn)行梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要確保梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)剛度。因?yàn)?，梁式轉(zhuǎn)換層如果不能達(dá)到國家要求的硬性指標(biāo)，就會(huì)嚴(yán)重影響到建筑本身的抗震性能，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師一定要重視梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)剛度問題。在進(jìn)行梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照國家規(guī)范要求，轉(zhuǎn)換梁的高度必須超過其自身跨度的百分之十二，而且在實(shí)際的施工當(dāng)中，混凝土必須采用性能好，等級高的，只有這樣才能夠保證混凝土的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)具有較好的結(jié)構(gòu)剛性，發(fā)揮梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的真正作用，進(jìn)而保證結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，建筑持久穩(wěn)固。

當(dāng)然，在實(shí)際的建筑施工項(xiàng)目中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師也應(yīng)該考慮到實(shí)際的施工環(huán)境和施工狀況，對剪力墻和轉(zhuǎn)換柱、轉(zhuǎn)換梁的實(shí)際受力情況進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的計(jì)算，進(jìn)而得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（四）轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)位置不能過高

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)換層的位置不能設(shè)計(jì)在過高的地方，應(yīng)該保證轉(zhuǎn)換層位置的合理性。如果轉(zhuǎn)換層位置超出一定范圍，超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求，就會(huì)使梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)度降低，轉(zhuǎn)換柱、轉(zhuǎn)換梁的受力情況發(fā)生巨大變化，受外力影響大大增加，不可控因素也會(huì)增加，使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)巨大的隱患。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)位置過高可能會(huì)使轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱的受力大大增加，甚至造成轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱的形變和超筋的狀況出現(xiàn)，進(jìn)而會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低建筑的抗震性能。如果因?yàn)榻ㄖδ艿囊?，轉(zhuǎn)換層的位置超過了國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍，那么結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師就必須要想方設(shè)法增加轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的剛度 ，增強(qiáng)轉(zhuǎn)換梁和轉(zhuǎn)換柱的強(qiáng)度，并控制好落地剪力墻之間的間距，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（五）強(qiáng)化梁式轉(zhuǎn)換層下部的結(jié)構(gòu)剛度

為了保證建筑整體的結(jié)構(gòu)剛度，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師一定要強(qiáng)化梁式轉(zhuǎn)換層下部的結(jié)構(gòu)剛度。而強(qiáng)化梁式轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)剛度的方法就是要適當(dāng)削弱結(jié)構(gòu)整體的剛度效果，進(jìn)而保證梁式轉(zhuǎn)換層上部和下部之間結(jié)構(gòu)相近、變形相似的特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)梁式轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)剛度的強(qiáng)化，一方面就是要使用剪力墻來提升抗側(cè)剛度，從而阻止轉(zhuǎn)換層上、下兩部分之間的中心發(fā)生偏移，保證結(jié)構(gòu)整體各部分之間的結(jié)構(gòu)剛度均勻布置，使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心重合。另一方面就是要增強(qiáng)筒體截面的控制。在筒體截面剛度設(shè)計(jì)時(shí)，一定要確保筒體結(jié)構(gòu)下部的剛度要有所提升，并且結(jié)構(gòu)符合建筑抗震荷載的相關(guān)國家要求，確保結(jié)構(gòu)的安全性，保證結(jié)構(gòu)抗震的整體效果，確保梁式轉(zhuǎn)換層質(zhì)量的安全性。

三、梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)還可以被稱為梁式框支剪力墻結(jié)構(gòu)，因?yàn)榱菏睫D(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)實(shí)際上是由框支柱和框支梁組成的。所以，它的實(shí)際結(jié)構(gòu)體系就是，利用下部的轉(zhuǎn)換梁，將上部的剪力墻結(jié)構(gòu)置于框支梁之上，再由框支柱來支撐框支梁結(jié)構(gòu)，這樣就形成了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)支撐體系。梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的受力情況是力經(jīng)過剪力墻傳遞到轉(zhuǎn)換梁，再由轉(zhuǎn)換梁傳遞到轉(zhuǎn)換柱，由于這種力的傳遞方式直接、明確，便于計(jì)算和分析，所以在實(shí)際的工程中應(yīng)用十分廣泛。

（二）受力機(jī)理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

由于梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的受力情況是力經(jīng)過剪力墻傳遞到轉(zhuǎn)換梁，再由轉(zhuǎn)換梁傳遞到轉(zhuǎn)換柱，所以，轉(zhuǎn)換梁所受到的力就是來自剪力墻的剛度，轉(zhuǎn)換梁自身的剛度以及支撐轉(zhuǎn)換梁剛度的轉(zhuǎn)換柱的剛度。所以，為了更加清晰的了解梁式轉(zhuǎn)換層的受力情況，結(jié)構(gòu)研究人員就以轉(zhuǎn)換梁所承擔(dān)的建筑層數(shù)對轉(zhuǎn)換梁受力的影響情況為例，利用有限元程序進(jìn)行了準(zhǔn)確的分析和計(jì)算。通過對計(jì)算所得出結(jié)果的分析，結(jié)構(gòu)研究人員得出：當(dāng)轉(zhuǎn)換梁的跨度小于等于十二米時(shí)，轉(zhuǎn)換梁的標(biāo)準(zhǔn)承擔(dān)層數(shù)為三層，但是當(dāng)承擔(dān)層數(shù)為四層或五層時(shí)，數(shù)據(jù)的分析也沒有超過百分之五十，在規(guī)范所允許的承擔(dān)范圍之內(nèi)。所以，在承擔(dān)層數(shù)為三層、四層、五層時(shí)，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可以以三層的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行計(jì)算和分析。

（三）梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

首先，設(shè)計(jì)人員要全面了解結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，控制好每一步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果；其次就是要明確轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)時(shí)的各項(xiàng)注意事項(xiàng)，降低安全隱患；然后就是要調(diào)節(jié)好轉(zhuǎn)換梁跨中的彎矩以及支座剪力和轉(zhuǎn)換層上部分之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，減少因協(xié)調(diào)性造成的結(jié)構(gòu)剛度下降的現(xiàn)象。

結(jié)語

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和建筑業(yè)的不斷發(fā)展，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)體系也將會(huì)發(fā)展的越來越成熟。但是，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，仍應(yīng)該保持謹(jǐn)慎，考慮實(shí)際工程狀況，不斷創(chuàng)新，不斷發(fā)展，使梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)更上一個(gè)臺階。

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