淺析高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

王新宇

摘 要：在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計屬于設(shè)計中十分關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，針對于此，本文簡單分析了高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 前言

轉(zhuǎn)換層是高層建筑中應(yīng)用較為廣泛的一種結(jié)構(gòu)，其可以有效提升建筑的質(zhì)量及使用性能，設(shè)計人員必須要做好高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計工作。

2 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求

高層建筑為適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展的需要，趨向于多功能和多種用途的發(fā)展。為了使高層建筑功能的要求得到滿足，在高層建筑結(jié)構(gòu)的底部，如果上層豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地的話，就需要考慮轉(zhuǎn)換層的設(shè)置，將轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件合理的布置在轉(zhuǎn)換層中。如果高層建筑中上部樓層的結(jié)構(gòu)體系和下部結(jié)構(gòu)體系有著較大差異的話，就需要在結(jié)構(gòu)體系發(fā)生改變的樓層內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換設(shè)計。在部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中，上部空間較小，主要是剪力墻結(jié)構(gòu)，底部空間較大，主要是落地剪力墻和支撐上部剪力墻的框支框架共同形成的。這種結(jié)構(gòu)類型的適用范圍較廣，由于其底部空間較大，能夠滿足多種類型的建筑要求，底部應(yīng)用如餐廳、商場、車庫等，上部應(yīng)用如住宅、公寓以及賓館等。

3 高層建筑常見的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

3.1 梁式轉(zhuǎn)換層

在梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，中底部是大空間的框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系，上部剪力墻被固定在框支梁上面，整個結(jié)構(gòu)體系憑借框支柱的支撐作用產(chǎn)生。應(yīng)用雙向梁布置能夠達(dá)到相應(yīng)的縱橫向轉(zhuǎn)換。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于施工簡單，傳力精確的優(yōu)點，梁式轉(zhuǎn)換層使用非常多，當(dāng)遭遇上下軸線要求錯位布置的時候，增設(shè)較多的轉(zhuǎn)換梁會對空間受力產(chǎn)生影響，此時造成受力情況較為復(fù)雜。

3.2 桁架式轉(zhuǎn)換層

桁架式轉(zhuǎn)換層受力路徑清晰，應(yīng)用靈活且抗震能力較好。這種結(jié)構(gòu)形式主要是從梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)發(fā)展演變而來的，桁架式轉(zhuǎn)換層一般由鋼筋混凝土構(gòu)成，其上下弦桿及腹桿截面尺寸較小，在轉(zhuǎn)換層的上下樓面結(jié)構(gòu)層內(nèi)，整體性能較好。但是施工方法較為復(fù)雜，需要專業(yè)的有著熟練知識的技術(shù)人員施工，施工難度較大。該結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點是節(jié)點設(shè)計，應(yīng)加強(qiáng)上、下弦桿與框架柱及豎向腹桿的連接構(gòu)造，同時在施工中對節(jié)點部位要求也較高。

3.3 箱式轉(zhuǎn)換層

當(dāng)轉(zhuǎn)化梁截面積較大且一層樓板無法達(dá)到平面內(nèi)樓板剛度的假定值的時候，應(yīng)該設(shè)置箱式轉(zhuǎn)換層。在轉(zhuǎn)換梁底和梁頂之間增加一層樓板，構(gòu)成箱形梁，以使得假定值與實際值更接近。通常箱式轉(zhuǎn)換層能夠在整個平面分布，和周圍建筑互相環(huán)通，最終形成箱式轉(zhuǎn)換層。并且它還可以以設(shè)備層來應(yīng)用，約束性強(qiáng)、轉(zhuǎn)換梁剛度大、上下之間能夠均勻傳力。針對設(shè)計這類轉(zhuǎn)換層，要求添加非常多的設(shè)備洞，復(fù)雜的施工技術(shù)也增加了工程造價。

4 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點

4.1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的布置

①確保上層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以采用轉(zhuǎn)換大梁、桁架、空腹桁架、斜撐、箱形結(jié)構(gòu)等來保持穩(wěn)定性；②內(nèi)筒貫通落地，并在底部增加墻的厚度，確保筒體結(jié)構(gòu)的整體性。建筑的落地剪力墻同樣需要在底部增大墻體厚度，并保證其間距，避免出現(xiàn)樓板錯層現(xiàn)象，保障結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，以防止轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)受到破壞而影響整個建筑的安全；③框支剪力墻轉(zhuǎn)換層上層墻體不能安置邊門洞，中柱上方也盡量不要安置門洞，防止轉(zhuǎn)換部位破壞。如要安置門洞的話可在墻體中部安置門洞，保障受力均勻；④轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上部的墻、柱應(yīng)直接落在主要轉(zhuǎn)換構(gòu)件上，如框支主梁。

4.2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的選型

對于目前的高層建筑，若實施轉(zhuǎn)換時選擇的是厚板，會發(fā)生下面幾種情況：首先，較多用量的板材以及混凝土，會提高投資成本，增加了施工的困難系數(shù)；其次，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)受力情況，使得計算起來十分繁瑣，假如選擇箱形結(jié)構(gòu)作為轉(zhuǎn)換層，這種結(jié)構(gòu)能夠確保結(jié)構(gòu)的整體性，也能夠保證結(jié)構(gòu)中豎向構(gòu)件的合理傳力。但在具體的設(shè)計過程當(dāng)中，這種轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換方式十分復(fù)雜，分析起來也十分繁瑣，加上技術(shù)水平不高，會造成具體設(shè)計工作非常困難，施工難度較大。如果使用梁式轉(zhuǎn)換層，相對來說是非常的經(jīng)濟(jì)合理，并且設(shè)計起來也非常簡單，施工難度低，傳力路徑非常清晰。

4.3 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

為了保障高層建筑整體的抗震性能，就必須保障轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震性能。在水平地震作用時，一般傾覆力矩的分布曲線在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)處出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，因此轉(zhuǎn)換層的內(nèi)力較大，需要全面考慮地震作用的影響。可以通過振型分解反應(yīng)譜法或者時程分析法來計算地震作用。8度時，還要考慮豎向地震的影響。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的計算內(nèi)力應(yīng)乘以放大系數(shù)，以確保其安全性。高位轉(zhuǎn)換對抗震性能十分不利，應(yīng)避免在3層或是3層以上進(jìn)行轉(zhuǎn)換，否則應(yīng)提高結(jié)構(gòu)的抗震等級。設(shè)計中還應(yīng)注意控制框支柱的軸壓比。

4.4 剪力墻的科學(xué)設(shè)置

剪力墻會跟隨建筑高度的增加而發(fā)生變化，并且，伴隨高度的增加剪力墻也會發(fā)生變化。所以，應(yīng)優(yōu)化并加強(qiáng)剪力墻框支柱的設(shè)計。剪力墻框支柱的均勻性，包括框支柱之間距離的科學(xué)性一定要符合相關(guān)規(guī)范，通常支柱和支柱之間的距離應(yīng)該控制在11米的范圍內(nèi)。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)空間布局的不同情況，例如抗壓力和應(yīng)力大小要求的差異，應(yīng)該合理調(diào)整剪力墻的相關(guān)設(shè)置。在轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)該充分了解梁體的整體受力情況，合理進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁兩端的結(jié)構(gòu)處理，最終確保結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的整體性能，并且使得高層建筑結(jié)構(gòu)整體的性能也能夠得到相應(yīng)的保障。

4.5 轉(zhuǎn)換層的計算要求

轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的分析計算需要對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，根據(jù)三維空間協(xié)同工作計算位移和內(nèi)力。同時注意，在完成整體分析后還要對受力復(fù)雜的轉(zhuǎn)換層部位進(jìn)行精細(xì)分析，可以采用平面有限元分析法。建筑底部為1、2層大空間時，一般采用轉(zhuǎn)換層上下等效剪切剛度比來反映結(jié)構(gòu)剛度的變化，非抗震設(shè)計時，此值不應(yīng)大于3；在抗震設(shè)計時，此值則不應(yīng)大于2。如果轉(zhuǎn)換層在3層或以上，則要求其側(cè)向剛度不小于相鄰上部樓層的60%。在抗震設(shè)計時，如果采用的是高位轉(zhuǎn)換的話，轉(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比不應(yīng)大于1.3。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著高層建筑的不斷發(fā)展，帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)越來越多，設(shè)計人員在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要對結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的具體形式和內(nèi)容有深入了解。

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