帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

顧明明

【摘要】高層建筑中結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的引入，是為了適應(yīng)現(xiàn)代城市中對(duì)高層建筑不同樓層區(qū)域進(jìn)行劃分和應(yīng)用的要求，它主要在不同樓層結(jié)構(gòu)進(jìn)行互相組合利用時(shí)起到銜接作用。同時(shí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層還可以節(jié)省出一部分建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空間，實(shí)現(xiàn)建筑空間的最大化利用，因此，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑用途的復(fù)合性要求推動(dòng)了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的誕生，轉(zhuǎn)換層作為一種高層建筑中的銜接性結(jié)構(gòu)，它的出現(xiàn)對(duì)高層建筑的內(nèi)部構(gòu)造產(chǎn)生了顯著的影響，轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的應(yīng)用簡(jiǎn)單來講是幫助高層建筑進(jìn)行不同間架結(jié)構(gòu)的樓層間的銜接，保證高層建筑的整體協(xié)調(diào)性。但實(shí)際上，這種建筑物內(nèi)部構(gòu)造的變化對(duì)建筑工程的整個(gè)施工項(xiàng)目的各方面都會(huì)產(chǎn)生影響，所以在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，也要將轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)考慮進(jìn)去，在做這類高層建筑的內(nèi)部設(shè)計(jì)時(shí)保證兩者的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，在本文的討論中，就將涉及和介紹結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的功能和特點(diǎn)，并對(duì)它的設(shè)計(jì)方法提出有效的改進(jìn)策略。

1、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的作用和類別

1.1作用

高層建筑的商業(yè)效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的增高可以通過提高高層建筑的功能性來實(shí)現(xiàn)，多功能的高層建筑在建筑物土地面積的利用上實(shí)現(xiàn)了最大化，并且可以解決傳統(tǒng)意義上不同類別或功能的建筑物分離的問題，實(shí)現(xiàn)建筑用地使用的功能性集中，滿足人們?cè)诳焖俚纳罟?jié)奏下對(duì)商用建筑和民用建筑綜合利用的客觀要求。因此，現(xiàn)代的高層建筑建造非常重視建筑的結(jié)構(gòu)層次多重性和功能用途多樣性，即按照不同的樓層區(qū)域?qū)⒏邔咏ㄖ?nèi)各樓層按照用途進(jìn)行區(qū)分。例如，將首層臨街位置作為商鋪或餐飲娛樂之用，中部設(shè)為辦公之用，頂部多為民用住宅或旅館。還原到建筑結(jié)構(gòu)和原理上來說，不同功能的樓層對(duì)房屋間數(shù)的開設(shè)以及實(shí)用空間的大小都有不用的要求，在兩種用途樓層區(qū)域的銜接樓層處，就需要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層來保證各種類型的樓層的正常使用，綜上所述，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層是多功能高層建筑中的不可或缺的一部分。

1.2類別

第一種，板式轉(zhuǎn)換層。是指結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的主體為一塊整體澆筑的有一定厚度的規(guī)則平板，這種方法主要應(yīng)用于銜接樓層的上下結(jié)構(gòu)差異很大，無法進(jìn)行常規(guī)協(xié)調(diào)的情況。而且由于上下結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性較高，會(huì)引起轉(zhuǎn)換層的受力不均的問題。另外，由于板式轉(zhuǎn)換層是一塊整體澆筑的平板，在結(jié)構(gòu)靈活性和空間利用率上都存在一定的限制。第二種，梁式轉(zhuǎn)換層，這種轉(zhuǎn)換層雖然在結(jié)構(gòu)上相對(duì)復(fù)雜，但可以解決高層建筑中受力不均勻的問題。同時(shí)梁式轉(zhuǎn)換層能夠比板式轉(zhuǎn)換層節(jié)省出更多有效的建筑空間，在我國(guó)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中被普遍的認(rèn)可和使用。

2、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

2.1剛度指標(biāo)的控制

建筑整體結(jié)構(gòu)中的剛度指標(biāo)有一定的最佳數(shù)值范圍，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的嵌入時(shí)，需盡量將上下兩層銜接部位的狀況調(diào)整到相近的狀態(tài)，便于施工中對(duì)建筑物整體剛度的控制。

2.2控制剪力墻配筋

提高剪力墻配筋率計(jì)算的精確度，降低外力因素對(duì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層墻體的影響或盡量避免和消除外力對(duì)其產(chǎn)生的作用力，提高結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層主體的穩(wěn)定程度和安全系數(shù)。

2.3轉(zhuǎn)換層樓板厚度的控制

如果遇到高層建筑中銜接層中有比較薄的樓板，就需要提高樓板的抗壓性，具體可通過利用混凝土原料進(jìn)行現(xiàn)澆筑的方法來實(shí)現(xiàn)，這里需要注意考慮結(jié)合高層建筑上下樓層區(qū)域的具體情況來確定樓板的厚度。

3、轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)改進(jìn)措施

3.1結(jié)合樓層受力設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層

這就需要高層建筑的設(shè)計(jì)者在進(jìn)行整體設(shè)計(jì)時(shí)注意各個(gè)樓層不同的受力情況，特別是銜接樓層關(guān)鍵位置的外力承受力，要準(zhǔn)確的把握建筑各個(gè)環(huán)節(jié)的整體受力情況就需要通過計(jì)算機(jī)程序分析來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)計(jì)算機(jī)計(jì)算分析出不同構(gòu)建的應(yīng)力值后，就可以依據(jù)轉(zhuǎn)化層附近的受力分布情況調(diào)整高層建筑設(shè)計(jì)的配筋率，保證實(shí)際應(yīng)用中轉(zhuǎn)換層的實(shí)用性。

3.2提高轉(zhuǎn)換層自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性

在設(shè)計(jì)和建造結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層自身的主體時(shí)，一方面可以通過精確計(jì)算和把握轉(zhuǎn)換層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的尺寸和布置提高轉(zhuǎn)換層自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；另一方面，也可以選取安全保障系數(shù)較高的內(nèi)部構(gòu)造類型提高結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的牢固性。

3.3配合剪力墻的轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)

剪力墻是高層建筑中的輔助保護(hù)墻體，在加入轉(zhuǎn)換層后，它的布置也要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整和變動(dòng)。具體布置要點(diǎn)有剪力墻框架支柱設(shè)置的均勻性以及支柱間距離的合理性。綜上所述，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，要在滿足剪力墻布置要求的前提下利用專業(yè)的技術(shù)手段調(diào)整梁端結(jié)構(gòu)，在高層建筑的穩(wěn)定性上強(qiáng)化保障作用。

3.4結(jié)合數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層

建筑設(shè)計(jì)中精確性的要求很高，而科學(xué)合理的數(shù)據(jù)分析是保證設(shè)計(jì)精確性的有效方法。在目前多種有限元軟件的支持下，數(shù)據(jù)分析和計(jì)算的方法多種多樣。因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析前首先要選取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)分析計(jì)算模型，對(duì)照建筑結(jié)構(gòu)中的實(shí)際受力情況，保證受力情況與模型一致后在運(yùn)用計(jì)算模型對(duì)高層建筑的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行空間計(jì)算，用數(shù)據(jù)給結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)提供依據(jù)和指導(dǎo)。

3.5做好整體協(xié)調(diào)，保證建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量

當(dāng)轉(zhuǎn)換層之間的樓層出現(xiàn)上下結(jié)構(gòu)差異過大的情況時(shí)，就需要對(duì)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行調(diào)整，這種情況通常只發(fā)生在板式轉(zhuǎn)換層中。其中的斜柱轉(zhuǎn)換，會(huì)產(chǎn)生力度較大的水平方向的荷載力，為了平衡和協(xié)調(diào)這種作用力的影響，應(yīng)結(jié)合實(shí)際采取短路徑之內(nèi)的平衡方法進(jìn)行協(xié)調(diào)，以有效保證建筑的整體工程質(zhì)量。

結(jié)語：

隨著人們對(duì)高層建筑功能性和實(shí)用性的要求越來越高，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)也在不斷的提高和創(chuàng)新。結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)來說，它本身就要承載強(qiáng)度很大的荷載力，所以轉(zhuǎn)換層作為其中的應(yīng)力結(jié)構(gòu)，其涉及難度很大且要求很高。所以高層建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)對(duì)高層建筑多功能、復(fù)合型性能的正常發(fā)揮有著決定性的作用。它也是高層建筑整體工程質(zhì)量中十分關(guān)鍵的一環(huán)。