高層建筑轉換層結構設計要點分析

郭 超 邵 賓

駐馬店市西平縣建筑工程勘測設計室

高層建筑轉換層結構設計要點分析

郭 超 邵 賓

駐馬店市西平縣建筑工程勘測設計室

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，在建筑工程建設中提高轉換層設計的科學性、合理性，能夠極大提高我國建筑工程施工的質量，及推動我國建筑事業(yè)的快速發(fā)展。轉換層在建筑工程施工中的大量應用，不僅能夠確保工程施工的整體質量，還能延長工程的使用周期，實現(xiàn)企業(yè)發(fā)展的社會效益和經(jīng)濟效益。為此，本文主要對高層建筑轉換層設計的概況、結構設計要點進行了分析與探究。

高層建筑；轉換層；結構設計

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。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，結構上表現(xiàn)為上部為剪力墻結構，下部為框架結構，兩種相異的結構交匯催生了轉換結構的誕生。常見的轉換結構有梁式轉換、大板轉換，其中前者以其輕巧、經(jīng)濟廣為設計師們采納。

一、轉換層設計的概況

1、概念

由于高層建筑結構下部樓層受力很大，上部樓層受力較小，正常的結構布置應是下部剛度大，墻體多、柱網(wǎng)密，到上部漸漸減少墻、柱的數(shù)量，以擴大柱網(wǎng)。這樣，結構的正常布置與建筑功能對空間的要求正好相反。因此，為滿足建筑功能的要求，結構必須進行“反常規(guī)設計”，即將上部布置小空間，下部布置大空間；上部布置剛度大的剪力墻，下部布置剛度小的框架柱。為了實現(xiàn)這種結構布置，就必須在結構轉換的樓層設計水平轉換構件，即轉換層結構。

2、常用結構轉換形式分析

梁式轉換：梁式轉換層是指在普通的現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板上布置相應的托梁，以承載在上部樓層落空的各承重柱或剪力墻傳來的荷載，一般多用于有大空間、大開間要求的底層結構。當需要縱、橫雙向同時進行結構轉換時，應采用雙向結構轉換梁布置。

板式轉換：當高層建筑結構的上下柱網(wǎng)、軸線相互之間存在較大錯位，可考慮選擇采用板式轉換結構，以形成厚板式承臺轉換層，其下部樓層的柱網(wǎng)可以靈活布置。厚板轉換結構多適用于上下樓層柱網(wǎng)極不規(guī)則的高層建筑結構轉換，使得轉換層上、下樓層的結構功能布置靈活。

桁架轉換：在采用托柱形式的梁式轉換結構時，當轉換梁構件的跨度很大且上層傳遞的荷載較大時，可根據(jù)上下樓層柱網(wǎng)的軸線位置變化情況設置相應的桁架轉換層進行結構轉換，其有效克服了梁式轉換和厚板轉換形式存在的缺點，轉換靈活，傳力直接，減輕了梁構件的剪力負擔，是一種可在超高層建筑結構轉換工程中推廣應用的結構轉換形式。

3、設計原則

轉換層的設置造成建筑物豎向剛度的突變，對結構抗震不利，故采用轉換層結構設計時應遵循以下原則：盡可能減少需結構轉換的豎向構件，直接落地的豎向構件越多，轉換結構越少，轉換層造成的剛度突變就越小，對結構抗震更有利，轉換層結構在高層建筑豎向的位置宜低不宜高。優(yōu)化轉換層結構，選擇具有明確傳力路徑的換層結構型式，以便于結構分析設計和保證施工量，在滿足建筑物安全和經(jīng)濟要求的前提下，轉換剛度宜小不宜大。

二、高層建筑轉換層結構設計要點分析

1、框支柱

為了保證結構具有足夠的延性，框支柱的軸壓比要嚴格控制，這使得框支柱比一般的框架柱有更大的延性和抗倒塌性能。框支柱軸壓比：μN = Nmax/（fcbh0）

式中： Nmax —框支柱最大組合軸力設計值（包括地震作用下軸力調整） ；

fc —框支柱混凝土抗壓強度設計值；

b —框支柱截面的寬度；

h0 —框支柱截面的有效高度。

一級抗震時， 框支柱的軸壓比控制在0.7 以下； 二級抗震時，應該控制在0.75 以下；三級抗震時， 控制在0.8 以下；非抗震設計時，控制在0.85 以下。箍筋沿柱全高加密并采用復合箍筋，且不少于Ф10 @100。框支柱應有部分縱筋伸至框支梁以上的墻體內(nèi)，延伸長度等于層高以加強上下層的可靠連接 。

2、框支梁

因為框支梁的受力很大且受力情況復雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，而且是保證框支剪力墻抗震性能的關鍵部位，是一個復雜的受力構件，故設計時應設有較多冗余儲備。宜在結構整體計算后，按有限元方法進行詳細分析，分析和試驗結構表明，在豎向荷載和水平荷載作用下，框支梁大多數(shù)情況下為偏心受拉構件，并承受很大的剪力，因此《高層建筑混泥土結構技術規(guī)程》規(guī)定了對框支梁截面高度的設計要求及框支梁截面組合的最大剪力設計值的限制條件。

3、樓板

由于結構上部的水平剪力要通過轉換層傳到下部結構，轉換層樓面在其平面內(nèi)受力很大，樓板變形顯著，因此要適當加厚轉換層樓面，建議采用厚度不小于180mm 的現(xiàn)澆板，這樣有利于轉換層在其平面內(nèi)進行剪力重分配，并加強轉換大梁的側向剛度和抗扭能力，也可使實際情況更符合結構整體計算中樓層剛度無限大的基本假定。而且混凝土強度＞ C30 ，并采用雙向雙排鋼筋網(wǎng)，每排鋼筋的配筋率＞0.25 % ，必要時，轉換層混凝土加1 %的鋼纖維則抗力效果更佳；它不僅可以使同一等級的混凝土抗剪強度提高45 % ，而且可以有效的提高混凝土的抗裂性能 。

4、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。

三、結束語

綜上所述，建筑轉換層結構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)，對轉換層結構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，從而確保轉換層結構的功能最大化發(fā)揮。

［1］廖宇飚；黃小坤；高層建筑結構側向剛度變化及其控制方法研究（Ⅱ）［J］；工程抗震與加固改造；2015年06期