解析高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計

熊 濤

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解析高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計

熊 濤

桂林市建筑設(shè)計研究院

摘 要：本文從高層建筑轉(zhuǎn)換層的特點出發(fā)，重點對轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題進(jìn)行探討分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層設(shè)計；要點

前言

隨著城市化腳步的加快，高層建筑對于城市來說早已是屢見不鮮。對高層建筑設(shè)計轉(zhuǎn)換層更是當(dāng)下必不可少的一項任務(wù)及要求，轉(zhuǎn)換層能更好的讓高層建筑發(fā)揮其優(yōu)點和作用，方便了我們的生活。

1高層建筑轉(zhuǎn)換層特點

高層建筑轉(zhuǎn)換層主要特點：使樓層的上部結(jié)構(gòu)荷載通過轉(zhuǎn)換層重新分配并傳遞給下部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)；由于轉(zhuǎn)換層剛度大、應(yīng)力集中且力的傳遞突變，因此遇到偶然荷載（水平地震作用）作用時，轉(zhuǎn)換層受到較大外力和產(chǎn)生水平位移；轉(zhuǎn)換層梁柱和梁上墻節(jié)點較多，節(jié)點處的鋼筋錨固、插筋與變徑較復(fù)雜。若施工不當(dāng)，會造成轉(zhuǎn)換層應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂縫、撓度超出規(guī)范要求范圍等現(xiàn)象。在一些地震多發(fā)區(qū)域，需對高層建筑的水平受力進(jìn)行合理控制。整個建筑的樓層剛度、質(zhì)量不允許出現(xiàn)突變狀況，需確保其變化的均勻性。在遭遇地震作用時，避免建筑物出現(xiàn)薄弱層，對整個結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成不利影響。

2 轉(zhuǎn)換層的功能意義

2.1上、下層結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換

轉(zhuǎn)換層將上部剪力墻轉(zhuǎn)換為下部的框架，此結(jié)構(gòu)多用于框—剪和剪力墻結(jié)構(gòu)中，如此便可使得下部結(jié)構(gòu)具有較大的內(nèi)部自由空間。

2.2上、下層結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)布置的改變

轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)形式相同，通過它可以使下部結(jié)構(gòu)的柱距擴(kuò)大，形成大柱網(wǎng)空間。多用于商住樓，以形成下部的大空間用于商場、停車場等。

2.3同時轉(zhuǎn)換上、下層結(jié)構(gòu)類型和柱網(wǎng)布置

上部剪力墻結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)換層變成框支剪力墻結(jié)構(gòu)的同時，上部剪力墻的軸線與下部柱網(wǎng)錯開，形成上下柱網(wǎng)不對齊的結(jié)構(gòu)。多用于辦公樓，上部用于小開間辦公室，下部用于停車場或者大廳等。

3 高層建筑施工中需要注意的技術(shù)問題

3.1施工技術(shù)形式的選擇

高層建筑施工技術(shù)的合理應(yīng)用是整個建筑行業(yè)良好發(fā)展的基礎(chǔ)所在，同時也是準(zhǔn)確衡量一個國家建筑發(fā)展水平的重要指標(biāo)。高層建筑其內(nèi)部層數(shù)設(shè)計越高，相應(yīng)的施工難度也就越大，因此對于建筑高度會產(chǎn)生極大限制的便是施工技術(shù)。在現(xiàn)今的高層建筑建設(shè)中，對于施工技術(shù)形式的科學(xué)選取極為重要。針對不同的施工項目、環(huán)境、功能布局要求，最終選取的施工技術(shù)也應(yīng)有所不同。在高層建筑建設(shè)中，應(yīng)確保技術(shù)形式具有較強(qiáng)的針對、安全性，以此確保整個工程施工的順利進(jìn)行。

3.2施工管理體制的強(qiáng)化

現(xiàn)今我國的建筑工程管理水平已得到了極大的提升，但是不可否認(rèn)的是，在其管理體制方面還存在著些許問題。一個科學(xué)、合理的施工管理體制的落實實施能夠全面保障整個建筑工程的施工進(jìn)度及質(zhì)量。強(qiáng)化高層建筑施工管理體制的系統(tǒng)化改革是有效提升管理水準(zhǔn)的重要保障。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的轉(zhuǎn)換層設(shè)計原則

①在轉(zhuǎn)換層設(shè)計過程中應(yīng)盡量減少結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，應(yīng)盡可能的多采用直接接地的構(gòu)件，其能有效避免建筑剛度的減小，對建筑物抗震性能的提升有著重要的作用。

②轉(zhuǎn)換層的設(shè)計位置不能偏高，應(yīng)盡可能的靠近底層位置。主要是由于建筑框支剪力墻結(jié)構(gòu)的傳力途徑以及剛度發(fā)生變化時會直接造成轉(zhuǎn)換層成為薄弱層，很大程度上降低了建筑物的抗震性能。

③在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層的設(shè)計時應(yīng)注意傳力路徑的明確性，并且確保轉(zhuǎn)換層的剛度。由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)本身起到的是結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換作用，所以應(yīng)保持其自身的受力平衡性。

④要對剪力墻以及框支剪力墻的比例進(jìn)行綜合考慮，保證其橫_向落地剪力墻的數(shù)目超過橫向墻的50%。

⑤為了避免立柱柱角發(fā)生變形，在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層設(shè)計時應(yīng)保持其上部柱子和剪力墻的對稱分布，將梁上立柱設(shè)置在轉(zhuǎn)換梁垮中，從而避免轉(zhuǎn)換梁變形作用下產(chǎn)生的支柱柱角變形加大。

5 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

5.1梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層技術(shù)設(shè)計

①需要設(shè)計模板支撐系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)的安全出發(fā)，必須要通過軟件或者是人工的精確計算來得出支撐系統(tǒng)的安全參數(shù)和支撐鋼管的橫截面和跨度、空間間距，從材料的利用程度考慮，要可以滿足到模版的數(shù)次周轉(zhuǎn)和裝拆卸的便利；從結(jié)構(gòu)設(shè)計的方面考慮的話，要對比較難支膜的部分和隱蔽的分支節(jié)點要通過軟件得出詳細(xì)的設(shè)計圖。

②需要設(shè)計鋼筋的下料和綁扎方案。轉(zhuǎn)換梁縱筋直徑較大、數(shù)量較多、排數(shù)也多，箍筋直徑較大、肢數(shù)較多、一般全長加密，構(gòu)造腰筋須按受拉鋼筋的錨固要求錨固在兩端柱子內(nèi)，所以鋼筋的下料和綁扎比較困難。每一道梁式轉(zhuǎn)換層的鋼筋放樣和下的材料都應(yīng)該符合國際規(guī)定或者是本項目的行業(yè)規(guī)范和設(shè)計圖紙的要求，必須先進(jìn)行簡單的布局排列，找出符合實際操作的捆綁方式再進(jìn)行實際的操作，以此來防止下料之后沒有按照一定的規(guī)則安置鋼筋，使得鋼筋沒有捆綁好，作用力不強(qiáng)，影響到了混凝土的鼓搗密實程度。

③設(shè)計混凝土的澆筑方案。轉(zhuǎn)換層的橫截面積和轉(zhuǎn)換內(nèi)部的構(gòu)件體積過于大的時候，混凝土的澆筑必須符合該項目的澆筑要求，一般一次澆筑完畢，可以保證結(jié)構(gòu)整體性較好，但是這個方法會導(dǎo)致鼓搗不到位而影響到了梁柱體的美觀與質(zhì)量，而且荷載會增加，對模版的安全系數(shù)也是一個很大的考驗，施工時應(yīng)加以注意。

5.2桁架式轉(zhuǎn)換層設(shè)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(fù)雜。在具體施工設(shè)計過程中，應(yīng)對轉(zhuǎn)換層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，并對其受力情況進(jìn)行分析計算，從而保證設(shè)計符合建筑質(zhì)量要求。

5.3厚板式轉(zhuǎn)換層設(shè)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(shè)計過程中多需要的材料耗費(fèi)較大，所以如果在采用厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時，應(yīng)注意對其受力角度的分析，適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)其配筋量，同時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(jìn)行合理準(zhǔn)確的計算，并從其經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)對其進(jìn)行綜合考慮。

6 設(shè)計中應(yīng)注意的幾點問題

6.1轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度不宜過高

轉(zhuǎn)換層高度越高，使得轉(zhuǎn)換層對下部結(jié)構(gòu)的動力特性影響越明顯，同時傳力路線的突變越大，使得下部結(jié)構(gòu)更容易破壞；轉(zhuǎn)換層高度低的建筑，只需控制側(cè)向剛度比即可控制轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角；對于轉(zhuǎn)換層高度更高的建筑，還須控制轉(zhuǎn)換層上下部結(jié)構(gòu)的等效剛度比。轉(zhuǎn)換層高度越高，轉(zhuǎn)換層上下部結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形效應(yīng)就越大，轉(zhuǎn)換層上下部結(jié)構(gòu)等效側(cè)向剛度比的作用也就越小。

6.2柱宜直接落在轉(zhuǎn)換層主結(jié)構(gòu)上

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中第E.2.4 條規(guī)定：轉(zhuǎn)換層上部的豎向抗側(cè)力構(gòu)件（墻、柱）宜直接落在轉(zhuǎn)換層的主結(jié)構(gòu)上。即上部密柱宜與轉(zhuǎn)換桁架斜腹桿的交點、空腹桁架的豎腹桿在位置上重合。這樣使得結(jié)構(gòu)的傳力路線明確，受力合理，且相鄰斜腹桿可形成拱效應(yīng)，與豎腹桿共同承受豎向力，同時有利于提高結(jié)構(gòu)抵抗地震豎向作用的能力。

7結(jié)束語

總之，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計問題一直受到人們的高度關(guān)注，在進(jìn)行建筑設(shè)計的時候，要根據(jù)具體的實際情況，對轉(zhuǎn)換層設(shè)計高度重視，優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，保證建筑的質(zhì)量和安全。

參考文獻(xiàn)：

［1］王紹君.帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計建議［J］.門窗，2014，01：380.