高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題分析

張桂山

（北京森磊源建筑規(guī)劃設(shè)計有限公司長沙分公司　湖南　長沙　410000）

高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題分析

張桂山

（北京森磊源建筑規(guī)劃設(shè)計有限公司長沙分公司湖南長沙410000）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對各種服務(wù)行業(yè)的要求也越來越高，尤其是隨著高層建筑的快速發(fā)展，為了更好的符合人們的需求，其也在向著多樣化、復(fù)雜以及多功能的方向發(fā)展，但這也加大了建設(shè)的困難。在此情況下，本文對高層建筑轉(zhuǎn)換層的類型和設(shè)計方法、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題做出了一定的研究。

高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計；類型

引言

高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項較為復(fù)雜的工程，所以在施工之前，必須對其進行仔細(xì)的分析與討論，并在確定無誤之后才可進行施工?；诹W(xué)的角度可知，高層建筑轉(zhuǎn)換層的上下層內(nèi)力是比較集中的，且地震力也較為集中，所以設(shè)計工作極其困難，這也成為目前我國高層建筑設(shè)計的重要問題之一。因此，為了確保高層建筑設(shè)計的舒適與安全，必須在高層建筑結(jié)構(gòu)變化位置設(shè)置轉(zhuǎn)換層。

1　高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的類型及設(shè)計方法分析

1.1梁式轉(zhuǎn)換層

1.1.1托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁需要承接上部普通框架時，可依據(jù)普通的截面設(shè)計來進行配筋的計算，主要原因是此時的轉(zhuǎn)換梁承受的力基本上是和普通梁承受的力一樣的，但當(dāng)轉(zhuǎn)換梁需要承受上部斜桿框架時，應(yīng)按照偏心受拉構(gòu)件來進行相應(yīng)的截面尺寸的設(shè)計，此時是因轉(zhuǎn)換層需承受的力基本來自軸向拉力。

1.1.2托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計

在轉(zhuǎn)換梁施工中，力學(xué)問題是非常關(guān)鍵的問題，所以必須對其予以重視。同時，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承受上部的墻體是小墻體時，應(yīng)采取普通梁的截面設(shè)計方式進行配筋的計算，并在轉(zhuǎn)換梁的底部位置放置縱向鋼筋，此時不存在其他特殊的需求，只需要像普通梁一樣布置即可。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁需承受上部墻體力且滿跨不開洞時，應(yīng)對轉(zhuǎn)化梁采取深梁截面設(shè)計方式，且其受力特征以及破壞形態(tài)變現(xiàn)為深梁，但此時的轉(zhuǎn)換梁跨中，有較大范圍的內(nèi)力較大，所以此種情況下的轉(zhuǎn)換梁縱向的鋼筋不應(yīng)彎曲或截斷。而當(dāng)轉(zhuǎn)換梁需承托上部墻體滿跨或不滿跨，同時其剪力墻長度又較長時，應(yīng)采取深梁截面設(shè)計方式。

1.2箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁的截面較大時，可以在其梁頂和梁底位置同時設(shè)置一層樓板，并使其遍布整層，最終使得整層都成為一個“箱子”的形式，也因此被人們廣泛的稱為“箱型轉(zhuǎn)換層”?！跋湫娃D(zhuǎn)換層”是高層建筑設(shè)計中較為常見的一種結(jié)構(gòu)形式，但在其設(shè)計過程中，應(yīng)注意合理設(shè)置其支撐體系，進而更好的確保高層建筑施工質(zhì)量。在高層建筑施工過程中采用的箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)主要特征包括：層高大、自重大、混凝土強度高、結(jié)構(gòu)受力比較復(fù)雜、墻柱模板支設(shè)比較困難等，其中較為主要的優(yōu)勢是轉(zhuǎn)換層自身整體性較好，但除了這些優(yōu)勢或特征之外，其還具有一些缺陷，主要為其直接占用了整個樓層的面積，進而使得整個樓層都不能再有其他的用途了，而只能作為設(shè)備層來使用；除了這一缺陷之外，其還具有自重大、造價高的缺點，這也是其在實際施工中較少使用的主要原因。

1.3厚板式轉(zhuǎn)換層

厚板式轉(zhuǎn)換層最主要的優(yōu)勢是布置的靈活性，且其整體性也是較好的。當(dāng)上、下柱網(wǎng)線錯開的較多時，幾乎是很難用梁來進行承托的，此時就可采用厚板式轉(zhuǎn)換層形式，并將其作為厚板，且厚板的實際厚度還可依據(jù)上下結(jié)構(gòu)和柱網(wǎng)尺寸決定，但是此種厚板式轉(zhuǎn)換層的自身重量是比較大的，且其地震作用也較大，耗費的材料也較多，這也就是說這種厚板式轉(zhuǎn)換層不僅會耗費較多的資金，還較容易發(fā)生震害，因為這些缺陷，這種厚板式轉(zhuǎn)換層形式還未得到廣泛的采用。此外，此種厚板式轉(zhuǎn)換層可通過TBSA等的三維空間分析程序的采用對其整體內(nèi)力進行仔細(xì)的分析，主要是轉(zhuǎn)換板的不規(guī)則邊界，此時一般都會采用有效單元法進行內(nèi)力分析，除了這種內(nèi)力分析方式，還可采用復(fù)雜樓板有限元分析軟件進行進一步計算，同時還可對板在受到豎向壓力荷載的受彎與局部壓力等進行計算。

1.4桁架式轉(zhuǎn)換層

在高層建筑中，桁架通常有兩種分類，一種是空腹桁架，另一種則是實腹桁架。而桁架式轉(zhuǎn)換層主要是由梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變得出的，如圖1，相比于梁式轉(zhuǎn)換層，其受力更為明確一點，且其還具有整體性好、抗震能力強等優(yōu)勢，此外，其框架支柱柱頂彎矩和剪力也相對小一些，但除了這些優(yōu)勢之外，其缺陷也是較為明顯的，主要包括施工難度大，更加復(fù)雜、節(jié)點設(shè)計難度大等。當(dāng)高層建筑下部為大商場時，必須具有較大的空間，而當(dāng)其上部為居住辦公等小空間時，就可采用桁架式轉(zhuǎn)換層進行結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工，尤其是在需要設(shè)置一些管道時，更需要采用此種方式。通常在采用桁架式轉(zhuǎn)換層進行施工時，應(yīng)跨滿層進行布置，且上弦節(jié)點還要與上部密柱中心對齊。此時因桁架式轉(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。

圖1　桁架式轉(zhuǎn)換層

2　高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題分析

2.1轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計問題分析

（1）在高層建筑結(jié)構(gòu)施工過程中，如果采用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計，其豎向構(gòu)件是無法直接連續(xù)貫通落地的，導(dǎo)致這種現(xiàn)象最主要的原因是不同樓層之間豎向構(gòu)件的分布位置處存在的差異。所以，只有采用一定的轉(zhuǎn)換構(gòu)件，才可確保高層建筑上層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，在建筑轉(zhuǎn)換層中所使用的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)一般都是轉(zhuǎn)換大梁、桁架、空腹桁架、斜撐、箱形結(jié)構(gòu)以及厚板等。

（2）在高層建筑的簡體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如果有轉(zhuǎn)換層存在，則此筒體結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒一定要貫通落地，同時還要增加一定的墻壁厚度，進而提高筒體結(jié)構(gòu)的整體性和剛度。其與簡體結(jié)構(gòu)一樣，框支剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻也要貫穿落地，然后加大墻壁的厚度。特別是在建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，必須嚴(yán)格控制落地剪力墻間距設(shè)計，且在落地柱周邊的樓板中不能發(fā)生錯層情況，進而較好的避免建筑轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)遭受破壞。除此之外，在進行建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，必須嚴(yán)格遵守上述規(guī)定，進而確保高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度，并避免出現(xiàn)內(nèi)力傳遞突變和樓蓋錯層現(xiàn)象。

（3）在框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，轉(zhuǎn)換層的上一層盡量不要在建筑兩側(cè)附近設(shè)置邊門洞，同時也不要在中柱上方位置處設(shè)置任何孔洞，進而有效避免因框支剪力墻的剪力增大而發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，最終使轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的墻體受到破壞。此時，如果必須要設(shè)置一定的門洞，最好在墻體的中部進行門洞的設(shè)置，進而確保建筑結(jié)構(gòu)各部位的受力均衡。

2.2轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計問題分析

（1）在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計時，采用高位轉(zhuǎn)換方式對結(jié)構(gòu)的受力是非常有利的。經(jīng)過相關(guān)計算與分析可知，經(jīng)過水平地震的作用之后，傾覆力矩分布曲線在轉(zhuǎn)換層處會呈現(xiàn)處轉(zhuǎn)折，且其轉(zhuǎn)換層下部也都是以剪力墻為主的框架剪力墻結(jié)構(gòu)，而落地剪力墻所分配的傾覆力矩由轉(zhuǎn)換層往下遞增較快，但支撐框架的傾覆力矩的遞增會很少。

（2）在高層建筑的轉(zhuǎn)換層處，框支剪力墻的大量剪通常都是通過樓板傳遞給落地剪力墻。當(dāng)轉(zhuǎn)換層的位置處于較高的位置時，建筑的剪力分配以及傳力方式也會發(fā)生較大的變化，而落地剪力墻也更容易產(chǎn)生裂縫，且框支剪力墻在轉(zhuǎn)換層上部的墻體所受的內(nèi)力也是相對較大的，同時也極易被破壞。同樣的，建筑轉(zhuǎn)換層下部的支撐框架也更容易屈服，進而形成幾個薄弱層。

3　結(jié)語

在高層建筑施工中，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計一直以來都是建筑行業(yè)人員高度重視的問題，同時，因其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及巨大的工程量，相關(guān)施工人員需對其進行充分的了解，并科學(xué)合理的規(guī)劃結(jié)構(gòu)設(shè)計。其中，對于高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)計，一定要采用合理的、適宜的轉(zhuǎn)換層形式，并在進行布置工作時，通過加強主要構(gòu)件的方式來提高設(shè)計結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

[1]張玉石.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題分析[J].黑龍江科技信息，2013（19）：246.

[2]蔣曉華.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討[J].城市建筑，2013（4）：17～19.

[3]徐政輝.某高層建筑中轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工[J].山西建筑，2012，38（8）：46～48.

TU972

A

1673-0038（2015）39-0031-02

2015-9-13

張桂山（1983-），男，工程師，本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。