高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計要點

陳超

（江西省建筑設(shè)計研究總院 江西南昌 330046）

前言

在現(xiàn)代城市的建設(shè)呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢下，社會和公眾也對建筑物的建筑形式有了不一樣的需求，而城市的用地卻還是一如既往的緊張，因此就要求同一棟高層建筑需要通過結(jié)構(gòu)的豐富來同時提供多種功能，滿足社會和公眾的需求。轉(zhuǎn)換層由此應(yīng)運而生，通過轉(zhuǎn)換層來實現(xiàn)多個功能區(qū)的相互獨立。轉(zhuǎn)換層在不同功能區(qū)之間起到過渡作用，但轉(zhuǎn)換層也會對在一定程度上影響建筑的抗震性能，因此轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計尤為重要。

1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)介紹

1.1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的來源

在現(xiàn)代高層建筑的設(shè)計過程中，建筑結(jié)構(gòu)的形式日趨多元化，而混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的出現(xiàn)就是為了使高層建筑物在使用性能上能夠得到較大的提升，運用轉(zhuǎn)換層將整個高層建筑的內(nèi)部空間劃分為兩個空間，其中一個空間是將高層建筑的底部數(shù)層設(shè)計為一個大空間，例如商業(yè)綜合體，另一個空間是將高層建筑的上部各標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計為小空間，例如高層住宅，但這樣分隔的空間設(shè)計會使得構(gòu)成高層建筑上部樓層的部分豎向構(gòu)件剪力墻，框架柱，無法直接落地與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)相連，如此一來就需要混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計來實現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)體系的過渡轉(zhuǎn)換。

1.2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的特點

首先，高層建筑中的混凝土轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)均需要按抗震設(shè)計，并進行相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施處理。而規(guī)范中，對部分框肢剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度，也提出了相應(yīng)的要求。在現(xiàn)代高層建筑中，建筑物的荷載要求很大，因此轉(zhuǎn)換層的大梁與支承柱二者之間的連結(jié)處應(yīng)力相對來說較為集中，如此一來，混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層便容易導(dǎo)致抗震不利因素的產(chǎn)生，因此需要對混凝土轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行相應(yīng)抗震處理，框肢剪力墻轉(zhuǎn)換層設(shè)置的高度，轉(zhuǎn)換梁、框肢柱的最小截面，配筋率，以及通長鋼筋等，高規(guī)中均予以明確要求。

2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1 結(jié)構(gòu)類型的選擇

為了確保高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層能夠符合建筑質(zhì)量和建筑要求，達(dá)到高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性要求，進而使該高層建筑設(shè)計符合建筑物的功能性要求，因此對于混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)類型選擇時應(yīng)當(dāng)更加慎重，結(jié)合個案即高層建筑的具體功能要求、具體條件來選型。

2.1.1 箱形轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

從箱形轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)整體來看，這一結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點是能夠確保高層建筑中的上層建筑部分的豎向構(gòu)件的向下傳力得到有效進行，但是在箱形轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計較為復(fù)雜，對于其內(nèi)力分析也十分繁瑣。與此同時，目前中國建筑行業(yè)中，對于混凝土結(jié)構(gòu)箱形轉(zhuǎn)化層的實踐技術(shù)研究處于起步階段，包括設(shè)計和施工等各個方面都不太成熟，因而實際操作應(yīng)用的難度較大。

2.1.2 厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

從厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)整體來看，這一結(jié)構(gòu)是三種混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層中最不宜選擇的一種結(jié)構(gòu)。首先，使用厚板會轉(zhuǎn)換層以及相鄰上下層使所用混凝土和鋼筋的總量大大增加，從而使投資成本大幅度提升，經(jīng)濟性較差；其次，和箱型轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)一樣，厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部受力分析也同樣較為復(fù)雜。

2.1.3 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

從梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)整體來看，這一結(jié)構(gòu)是三種混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層中最具經(jīng)濟性及合理性的一種結(jié)構(gòu)。首先，梁式轉(zhuǎn)換層的內(nèi)部建筑空間布置相對較為靈活，對建筑功能影響較小，同時，梁式轉(zhuǎn)換層采取轉(zhuǎn)換梁的方式來設(shè)計，使得高層建筑的上部建筑的豎向構(gòu)件進行傳力的路徑較為清晰，能夠滿足高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的抗震各項指標(biāo)；其次，梁式轉(zhuǎn)換層較其他兩種混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層而言，它的設(shè)計難度和具體施工的難度都相對較小，是高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的最優(yōu)之選。

2.2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則

在進行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計過程中，需要注重轉(zhuǎn)換層上下豎向結(jié)構(gòu)的合理設(shè)置，保證落地剪力墻的數(shù)量百分比，以此來解決建筑豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度突變，如果無法進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理設(shè)置，將會導(dǎo)致該高層建筑的豎向剛度發(fā)生突變性的轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)抗震不利的薄弱點，影響該高層建筑整體結(jié)構(gòu)的抗震性。

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計過程中，最應(yīng)當(dāng)遵循的原則就是對轉(zhuǎn)換層的上層和下層的兩部分建筑的剛度比進行嚴(yán)格的控制，通過對它們剛度比的控制，來使整體建筑豎向構(gòu)件的抗側(cè)力能夠得以提升，從而降低整體建筑豎向構(gòu)件的剛度突變性，如此一來可以使整個高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，剛度比，位移比滿足規(guī)范要求。在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計過程中，還應(yīng)當(dāng)通過設(shè)計來使高層建筑上部建筑的豎向構(gòu)件相對減少，以此來降低轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的剛度差值，進而有效避免混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的剛度發(fā)生突變性的轉(zhuǎn)換，以此來實現(xiàn)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層較難實現(xiàn)的抗震性功能，使高層建筑的抗震需求得到最大程度上的滿足。

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計過程中，還應(yīng)當(dāng)對轉(zhuǎn)換層梁柱截面進行重點的設(shè)計與控制，一般而言，轉(zhuǎn)換梁高度不應(yīng)小于其計算跨度的1／8，，截面寬度不宜小于其上墻體截面厚度的2倍和400mm的較大值。轉(zhuǎn)換梁也不宜開洞，若無法避免，洞口邊離開支座柱邊的距離不宜小于梁截面高度，被洞口削弱的截面也應(yīng)進行承載力驗算，并予以加強。轉(zhuǎn)換柱在滿足普通柱的抗震要求之外，對截面，最小箍筋直徑，箍筋間距以及體積配股率提出了更高的要求。

3 總結(jié)

在現(xiàn)代社會中，城市建筑的高度始終呈現(xiàn)逐漸增加的態(tài)勢，為了使高層建筑物能夠得到合理和最大限度的利用，對于其結(jié)構(gòu)形式的要求也變得愈加復(fù)雜?；炷两Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層便是非常實用的一種建筑結(jié)構(gòu)形式，它可以使高層建筑的功能不再單一，實現(xiàn)高層建筑的功能性轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)多個功能分區(qū)在同一個高層建筑物的建筑空間中并存。對于轉(zhuǎn)換層的設(shè)計要點，無非是進行結(jié)構(gòu)選型以及結(jié)構(gòu)設(shè)計所必須遵循的原則，只有根據(jù)實際情況慎重選擇轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)類型，并在設(shè)計及施工全程遵循設(shè)計原則，才能使高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層達(dá)到設(shè)計要求、成為高層建筑整體質(zhì)量的促進者。