探究梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)方法

程玨

摘 要：梁式轉(zhuǎn)換層大結(jié)構(gòu)在高層建筑工程的設(shè)計(jì)中工作具有較強(qiáng)的專業(yè)性。設(shè)計(jì)人員在具體的設(shè)計(jì)過程中對于相關(guān)設(shè)計(jì)理念進(jìn)行全面的了解和明確，并且需要具有清晰的頭腦，分析和計(jì)算不同轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，使平面和空間的有限元程序確定下來，有利于建筑工程工作任務(wù)的減少和施工人員施工質(zhì)量的提高。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)換層；梁式轉(zhuǎn)換

一、梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)原則

1.對梁式轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的剪力墻進(jìn)行布置時(shí)，要使它和梁柱呈現(xiàn)對稱的特點(diǎn)，可以在轉(zhuǎn)換梁跨中對梁上柱進(jìn)行設(shè)置，這樣一來，就算轉(zhuǎn)換梁出現(xiàn)了變形情況，梁上立柱也不會(huì)有較大變形情況出現(xiàn)。而且，梁柱角要是有變化，就很容易發(fā)生變形，在彎曲的作用下梁上立柱也會(huì)有剪切力產(chǎn)生，過多的荷載力也會(huì)立柱內(nèi)部產(chǎn)生。所以，要想保證轉(zhuǎn)換層不出現(xiàn)變形，就要讓剪力墻和立柱保持對稱。

2.設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層樓板也是很重要的，有不少施工單位都會(huì)將樓板的剛度設(shè)定為無限大，在保證框支柱和剪力墻剛度在成正比例位置的情況下對其進(jìn)行分配，這時(shí)樓板的上部結(jié)構(gòu)會(huì)在剪力墻底部的作用下也進(jìn)行水平方向傳遞。但是剪力作用幾乎都由樓板來承受，從而使其受到豎向荷載力，這時(shí)樓板受力狀態(tài)會(huì)更大，甚至有變形情況出現(xiàn)。建筑架構(gòu)會(huì)受到樓板強(qiáng)度和剛度的影響，所以在樓板的選擇上，要先監(jiān)測其承受能力，合格之后才可以投入使用。

3.梁式轉(zhuǎn)換層在設(shè)計(jì)的時(shí)候，還要做好相關(guān)的計(jì)算工作，對其變形狀態(tài)做出仔細(xì)分析，還可以利用三維空間模型，分析梁式轉(zhuǎn)換層的實(shí)際結(jié)構(gòu)情況。然后再通過有限元的計(jì)算方法去補(bǔ)充轉(zhuǎn)換層中有缺陷的結(jié)構(gòu)，要是轉(zhuǎn)換層不同，計(jì)算模式的實(shí)際應(yīng)用也會(huì)有所不同，在計(jì)算應(yīng)用的時(shí)候，要結(jié)合建筑的實(shí)際情況去分析，確保模型邊界條件都和實(shí)際要求相符合。

4.在設(shè)計(jì)梁式轉(zhuǎn)換層時(shí)，要控制好其剛度，轉(zhuǎn)變層的跨度和梁高有很多的關(guān)系，通常情況下，高度是要比跨度高出1/6的，這樣能使轉(zhuǎn)換層內(nèi)力更加合理的分配，也能使結(jié)構(gòu)部件更合理的布置。同時(shí)，轉(zhuǎn)換層還要和剪力墻有更好的承重力，以此使梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有所保證。

二、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

1.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法。在轉(zhuǎn)換層附近不光是結(jié)構(gòu)豎向剛度發(fā)生容易發(fā)生突變，還有可能有豎向側(cè)力構(gòu)件出現(xiàn)不連續(xù)的情況，這會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層附近有結(jié)構(gòu)傳力發(fā)生突變的情況，特別有強(qiáng)震作用推動(dòng)的情況下，薄弱部位也就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生。要想將轉(zhuǎn)換層的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)剛度都有所提高，就要在轉(zhuǎn)換層附近將結(jié)構(gòu)的構(gòu)件強(qiáng)度加大，這樣才能讓水平剪力的傳遞有所保證，而且在發(fā)生強(qiáng)震的情況下，還能讓結(jié)構(gòu)底層有一定的延性，不受到破壞。

2.轉(zhuǎn)換層分析計(jì)算的方法。對轉(zhuǎn)換層整體進(jìn)行計(jì)算之后，還要用平面有限元這一計(jì)算軟件對轉(zhuǎn)換層本身進(jìn)行計(jì)算，主要是補(bǔ)充計(jì)算其局部的應(yīng)力。對局部進(jìn)行分析的時(shí)候，要保證轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的上樓層和下口曾都在計(jì)算模型中，還要將樓層的樓蓋平面所承受的剛度影響考慮在內(nèi)，并根據(jù)實(shí)際的轉(zhuǎn)換層情況選擇合理的計(jì)算模型。對框支剪力墻進(jìn)行計(jì)算要復(fù)雜一些，其上部剪力墻要連接到下面很多根支柱，一旦有連接不正確的情況，計(jì)算就會(huì)有較大的誤差。所以計(jì)算的時(shí)候，最好在上部剪力墻和下部轉(zhuǎn)換柱上都設(shè)立一個(gè)轉(zhuǎn)換梁，讓轉(zhuǎn)換梁連接到墻肢上。

3.轉(zhuǎn)換梁截面的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層截面的時(shí)候，首先要考慮的是梁的受力性能，還有轉(zhuǎn)換層的受力形式，然后再選擇合適的計(jì)算方法。這種截面主要有托柱形式的轉(zhuǎn)換梁截面以及托墻形式的轉(zhuǎn)換梁截面這兩種。其中，在設(shè)計(jì)托柱形式的轉(zhuǎn)換梁截面時(shí)，要對截面尺寸范圍進(jìn)行充分考慮，該梁受力形式和普通梁受力形式差不多，所以在設(shè)計(jì)截面的時(shí)候應(yīng)該將配筋情況考慮在其中，然后再選擇計(jì)算方法。要是轉(zhuǎn)換梁的承托形式是斜桿框架，那么軸向拉力將會(huì)對它有所影響，這時(shí)候，設(shè)計(jì)人員就要將偏心受拉構(gòu)件的原理考慮建立，從而更優(yōu)化地設(shè)計(jì)截面。

4.轉(zhuǎn)換層的抗震設(shè)計(jì)。帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)中，由于設(shè)置了轉(zhuǎn)換層，沿建筑物高度方向剛度的均勻性受到很大的破壞，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)豎向承載力構(gòu)件不連續(xù)和墻、柱截面的突變，導(dǎo)致傳力路線曲折等，因此轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震性能較差。為保證設(shè)計(jì)的安全性，規(guī)定“部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)置在3層及3層以上時(shí)，其框支柱、剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級宜按《高規(guī)》的規(guī)定提高一級采用，已經(jīng)為特一級時(shí)不再提高”，提高相關(guān)構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施，而對于底部帶轉(zhuǎn)換層的框架，核心筒結(jié)構(gòu)和外圍為密柱框架的筒中筒結(jié)構(gòu)的抗震等級不必提高。對轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用的計(jì)算內(nèi)力需調(diào)整增大。在8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。

5.轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計(jì)。梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)構(gòu)造要求：①轉(zhuǎn)換層樓板要將上層結(jié)構(gòu)的水平剪力傳遞到下層抗剪結(jié)構(gòu)上去，本身承受很大的平面內(nèi)剪力，同時(shí)又承受部分豎向荷載。因此要求樓板要有足夠的強(qiáng)度和剛度。②轉(zhuǎn)換層大梁是承托上部剪力墻或柱傳下來豎向荷載的重要構(gòu)件。本身受力很大，它是整個(gè)結(jié)構(gòu)抗震安全的關(guān)鍵部位。因此，轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計(jì)在整個(gè)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。

6.樓板設(shè)計(jì)。由于結(jié)構(gòu)上部的水平剪力要通過轉(zhuǎn)換層傳到下部結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)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(dāng)加厚轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換層在其平面內(nèi)進(jìn)行剪力重分配，并加強(qiáng)轉(zhuǎn)換大梁的側(cè)向剛度和抗扭能力，也可使實(shí)際情況更符合結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中樓層剛度無限大的基本假定。而且混凝土強(qiáng)度不小于C30，并采用雙向雙排鋼筋網(wǎng)，每排鋼筋的配筋率不小于0.25%，轉(zhuǎn)換層樓板不宜有大的開洞，當(dāng)開洞時(shí)應(yīng)在洞口四周設(shè)置次梁或者暗梁，樓板開洞位置盡可能遠(yuǎn)離外側(cè)邊，與轉(zhuǎn)換層相近的樓板也應(yīng)加強(qiáng)。

7.托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開洞時(shí)，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時(shí)轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法宜采用深梁截面設(shè)計(jì)方法或應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法，且計(jì)算出的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當(dāng)分布配置。由于此時(shí)轉(zhuǎn)換梁跨中較大范圍內(nèi)的內(nèi)力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截?cái)嗪蛷澠?，?yīng)全部伸入支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體為小墻肢時(shí)，轉(zhuǎn)換梁基本上可按普通梁的截面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配筋計(jì)算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉(zhuǎn)換梁的底部。

三、結(jié)語

綜上所述，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的過程中，需要充分考慮梁的承載能力，事先對梁的受力性能進(jìn)行全面的了解。如果普通梁結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)之間的差異比較大的話，設(shè)計(jì)人員需要采取有效的措施保證轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，從而使高層建筑整體結(jié)構(gòu)的可靠性得到保證。

參考文獻(xiàn)：

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