淺論高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計要點及措施

摘要：在現(xiàn)代建筑工程中通常采用轉(zhuǎn)換層來滿足不同用戶的使用需求，這也是高層建筑發(fā)展的必然趨勢。文章主要對高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計要點及措施進行了分析探討。

關鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設計

引言

高層建筑方案常采用上部剪力墻小空間為主、底部大空間商業(yè)辦公為主的設計理念，結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為上部為剪力墻結(jié)構(gòu)，下部為框架結(jié)構(gòu)，兩種相異的結(jié)構(gòu)交匯催生了轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的誕生。常見的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)有梁式轉(zhuǎn)換、大板轉(zhuǎn)換，其中前者以其輕巧、經(jīng)濟廣為設計師們采納。

1高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)概述

隨著我國現(xiàn)代化經(jīng)濟和社會的迅猛發(fā)展，建筑行業(yè)的發(fā)展也進入到了一個嶄新的階段之中。同時，相關行業(yè)經(jīng)歷了一個長時間的發(fā)展歷程也逐步的成為了當前我國經(jīng)濟建設的核心力量。按照轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)功能的不同，一般可分為以下三類：建筑上、下部分之間結(jié)構(gòu)類型的轉(zhuǎn)換，此類建筑上部和下部采用的結(jié)構(gòu)形式不同；建筑上、下部分之間的柱網(wǎng)尺寸不同，這種建筑雖然上下部分的結(jié)構(gòu)類型相同，但通常需要通過轉(zhuǎn)換層，擴大其下部結(jié)構(gòu)的柱距，以形成大柱網(wǎng)；同時具備轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和擴大軸線尺寸的混合形式。由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件部件要承受來自上部的巨大豎向荷載，而且其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)量較為復雜，而為了確保建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)具有較強的剛強度，就必須加強對其的設計。所以就建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計來看，其不僅需要考慮的因素較多，而且對設計人員的經(jīng)驗、專業(yè)技術提出了更高的要求，尤其是在建筑結(jié)構(gòu)中設置轉(zhuǎn)換層，此時順著建筑物高度方向的剛度在均勻性方面就會受到較大的影響，導致力在傳遞土方上出現(xiàn)巨大改變，所以其往往是不規(guī)則的豎向結(jié)構(gòu)，所以其不能按照常規(guī)的節(jié)后進行設計和施工，而這就需要緊密結(jié)合豎向不規(guī)則的結(jié)構(gòu)類型進行針對性的設計，所以其在建筑結(jié)構(gòu)設計中顯得尤為重要，因而必須引起設計人員的高度重視。

2高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計要點

2.1梁式轉(zhuǎn)換層設計

作為在建筑設計中的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計中最為常用的一種結(jié)構(gòu)設計模式，其在高層建筑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中占到了大約80% 以上的比例，并且具有受力清晰、構(gòu)建簡單、方便施工的優(yōu)點。但是在該類型的轉(zhuǎn)換層設計時，應注意上下結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)化協(xié)調(diào)，從而確保整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。比如在進行相對高度較高的結(jié)構(gòu)設計時，剪力墻的內(nèi)力和剛度以及傳力途徑會發(fā)生一定程度的改變，會使之成為較為薄弱的部分層，一定程度上對建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生了影響。所以在施工設計過程中應盡量減少轉(zhuǎn)換的構(gòu)件，多采用非轉(zhuǎn)換的鋼筋混凝土形式，避免轉(zhuǎn)換構(gòu)件的過度集中的情況出現(xiàn)，從而做到豎向剛度的均勻合理，以保證轉(zhuǎn)換層施工和整體建筑的施工質(zhì)量。

2.2桁架式轉(zhuǎn)換層設計

桁架式轉(zhuǎn)換層主要用于建筑不同功能區(qū)域上下部的連接，是由多榀鋼筋混凝土桁架組合而成的一種承重結(jié)構(gòu)。一般情況下桁架的下桿的截面面積較小并且高度較高，所以這一結(jié)構(gòu)形式的施工難度較大且工序較為復雜。在具體施工設計過程中，應對轉(zhuǎn)換層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行綜合分析，并對其受力情況進行分析計算，從而保證設計符合建筑質(zhì)量要求。

2.3厚板式轉(zhuǎn)換層設計

厚板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)雖然具有布置靈活、不需要正對下層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，但是其在施工設計過程中多需要的材料耗費較大，所以如果在采用厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時，應注意對其受力角度的分析，適當?shù)募訌娖渑浣盍浚瑫r也可以從抗剪力和抗沖切力的角度出發(fā)，減輕其受力程度，對其內(nèi)力以及配筋量進行合理準確的計算，并從其經(jīng)濟效益出發(fā)對其進行綜合考慮。

3高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化措施

3.1配筋和轉(zhuǎn)換梁方面

在配筋方面，進行設計時，要牢牢把握支座負彎矩衰減迅速的特點，把鋼筋全部深入并牢固在支座上，規(guī)避彎筋的選擇，梁的跨度較小時可以用拉通建筑上層支座負筋。沿梁較高的間距要保持在200mm 以下，直徑要大于16 的腰筋。在轉(zhuǎn)換梁方面，要對轉(zhuǎn)換梁內(nèi)部受力大小情況進行綜合的分析，還要注意對轉(zhuǎn)換梁與上部的完全共同分析結(jié)果進行分析。根據(jù)實際的施工證明可以發(fā)現(xiàn)，把轉(zhuǎn)換梁作為深梁的受拉翼緣，能夠取得更佳的效果。

3.2剛度方面

轉(zhuǎn)換層上下剛度的確保和選擇也是在建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計中較為重要的環(huán)節(jié)，對于剛度的控制一定要合理，保障上下剛度之間的剛度變化波動不會太大。在進行結(jié)構(gòu)設計時，可以很據(jù)相關規(guī)范，把上下層剛度的變化率控制在1 附近，不能超過2，這樣是最好的設計。另外，為了確保轉(zhuǎn)換層的上下層剛度，進一步提高空間層的剛度，可以采取對落地墻加厚的措施、把洞口的大小減小或者是加設補償剪力墻，此外，在混凝土方面，采取高強度的混凝土也可以達到這一目的。

3.3空間設計方面

從我國大多數(shù)的高層建筑施工設計來看，絕大多數(shù)的建筑內(nèi)部關于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設計都是把轉(zhuǎn)換層設置在建筑中的2—3層的位置，設備轉(zhuǎn)換層大致是在較低的4—5 層的位置，這是最為合適的位置。在這個位置，不僅可以對建筑內(nèi)部空間的利用起到最大化、高效率的利用，而且也確保了上下層有了合理的銜接。如果轉(zhuǎn)換層的設置和設備轉(zhuǎn)換層的設置是在同一位置，而且高度也較高的地方，會造成空間的不合理利用，對建筑整體的預期效果起到不利影響；如果轉(zhuǎn)換層設置的位置較為偏低的話，則會導致側(cè)移剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的增加，對于整體建筑的預期效果也是不利的。

3.4建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)抗震設計

為了在抗震設計中確保其安全性，當框支剪力墻的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層所設置的位置為三層之上時，那么對于剪力墻的底部和框支柱的加強部位，在對其地震等級進行確定時，一般應按照規(guī)定將其提高一級。與此同時，由于轉(zhuǎn)換層屬于薄弱層，所以在對其地震剪力的增大系數(shù)時，應為普通增大系數(shù)的1.15倍，切勿認為側(cè)向剛度滿足要求的樓層不屬于薄弱層。在計算轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件帶來的水平地震作用時，應將其內(nèi)力增大，若為8度抗震設計，就應考慮豎向地震作用所帶來的影響。而轉(zhuǎn)換構(gòu)件豎向的地震作用的計算，則應采取反應譜方法進行計算，有時也可以采取動力時程分析法進行計算，還可以把將處于重力荷載標準下作用的轉(zhuǎn)換構(gòu)件的內(nèi)力與增大系數(shù)的1.1倍相乘得出。由此可見，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)不僅受力復雜，而且抗震性較差，所以必須在抗震設計中切實加強對其的提升，若建筑的抗震設計為9度，那么其就不適合設置轉(zhuǎn)換層。所以應緊密結(jié)合設防的烈度以及結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的類型，以及建筑的高度，針對性的對其抗震等級進行計算，并采取有效的構(gòu)造措施，才能最大化的確保抗震設計的安全性。

3.5軸壓比與落地剪力墻之間的距離設計

實際的施工工程中不難發(fā)現(xiàn)，框支柱在垂直或者是水平荷載的作用下的彎矩和剪力是比較小的，它的力主要是軸壓力，因此，就必須要對軸壓力進行嚴格控制管理。在進行建筑物的抗震性能方面考慮時，在軸壓比方面的要求是要控制在0.6以下。對于落地剪力墻的間距控制方面，應該根據(jù)實際的工程需要，選用較厚的樓板，要保障樓板的厚度大于200mm，而且還要加大對樓板的開洞數(shù)控制力度，采用雙向雙面鋼筋，在樓板的板角處還要增加斜筋，這樣做的目的就是如果出現(xiàn)地震時，會造成建筑的轉(zhuǎn)換層剪力改變，增加了自身平面內(nèi)的壓力，只有確保了落地剪力墻的間距合理，才可以提高建筑的抗震性能。

結(jié)語

建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設計要點分析是一項綜合而且是具有一定技術性的活動。施工者要從建筑整體性出發(fā)，對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設計做綜合全面的分析，把涉及到的各方面因素嚴格控制，合理選擇設置位置，從而確保轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的功能最大化發(fā)揮。

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