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

張中良

摘要：隨著城市化進(jìn)程的加快，激化了建筑用地與城市其它用地之間的矛盾，使得建筑功能越來(lái)越復(fù)雜，建筑成本也越來(lái)越高。在此背景下，推動(dòng)了帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的復(fù)雜高層建筑的實(shí)現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)形式在滿足同一地塊建筑功能的多樣化方面以及提高土地資源利用率方面發(fā)揮著重要作用。但這類建筑也面臨著豎向結(jié)構(gòu)剛度突變，抗震性能較普通建筑差，設(shè)計(jì)難度高等問(wèn)題。這類建筑一旦存在設(shè)計(jì)質(zhì)量問(wèn)題，將會(huì)影響建筑物的安全性。對(duì)此，本文對(duì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的含義和主要特點(diǎn)進(jìn)行了研究，并分析了帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則，以及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)選擇和轉(zhuǎn)換層主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，闡述了設(shè)計(jì)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)需要注意的要點(diǎn)，有利于保障設(shè)計(jì)質(zhì)量和效果。

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

引言：社會(huì)不斷進(jìn)步，人們的居住環(huán)境以及整體生活質(zhì)量和水平也在不斷提升。在這樣的背景下，人們對(duì)生活的總體需求也在增加，在高層建筑的實(shí)踐中，可以不斷完善建筑整體服務(wù)的質(zhì)量和功能。在現(xiàn)代高層建筑的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，為了保證建筑結(jié)構(gòu)的合理布局，應(yīng)做好結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關(guān)設(shè)計(jì)工作，確保結(jié)構(gòu)在實(shí)際過(guò)程中能夠達(dá)到良好的均勻性和堅(jiān)固性。結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理設(shè)計(jì)直接關(guān)系到高層建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和建筑質(zhì)量的提高。因此，在高層建筑的設(shè)計(jì)和施工中，必須對(duì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給予足夠的重視。

1、建筑轉(zhuǎn)換層的含義和特點(diǎn)

在高層建筑中，上部過(guò)多的建筑設(shè)計(jì)以及下部過(guò)少的建筑設(shè)計(jì)都是與力學(xué)原理相違背的，在這種情況下，為了確保高層建筑的整體質(zhì)量，并且能夠具有多元化功能，通常會(huì)在上下部建筑之間增添一個(gè)過(guò)度層，這也就是我們所說(shuō)的轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層的主要功能如下：

1.1對(duì)于上下層結(jié)構(gòu)類型的建筑來(lái)說(shuō)，通過(guò)轉(zhuǎn)換層可以將上部的剪力墻轉(zhuǎn)換為下部的框架，這樣能夠讓內(nèi)部的空間變得更為寬敞。

1.2通過(guò)改變上、下層結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)和軸線，同時(shí)保持轉(zhuǎn)換層上、下層的結(jié)構(gòu)形式不變，這樣能夠使下部結(jié)構(gòu)的柱與柱之間的距離增大，從而形成大柱網(wǎng)。

1.3轉(zhuǎn)換上、下層結(jié)構(gòu)的類型，同時(shí)轉(zhuǎn)換柱網(wǎng)上部剪力墻的結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換為框支剪力墻結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，就能夠?qū)⑾虏恐W(wǎng)與上部剪力墻的軸線錯(cuò)開。

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

目前，我國(guó)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層主要有以下幾種類型，如箱型轉(zhuǎn)換層、梁式轉(zhuǎn)換層、桁架轉(zhuǎn)換層、板式轉(zhuǎn)換層等。設(shè)計(jì)師應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程需要，采用不同的結(jié)構(gòu)類型，以保障高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。但還要遵循一定的原則：①做好數(shù)據(jù)的收集與計(jì)算工作，保障結(jié)果的精準(zhǔn)性。②做好建模工作，將這些數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，并按照一定的比例進(jìn)行輸出，確保建模設(shè)計(jì)效果，便于分析問(wèn)題。③當(dāng)對(duì)整體結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，至少采用兩種計(jì)算模型，合理分析高層建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性、抗震能力、載荷能力等，確保結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)選擇

3.1板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層

高層建筑的上下兩層在柱網(wǎng)數(shù)量上相對(duì)較大，需要依賴于板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的作用，以最大限度地保證各層之間的力在均勻狀態(tài)下呈現(xiàn)。在混凝土應(yīng)用過(guò)程中，板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層需要滿足剪切和剪切阻力的要求，其自身厚度不能超過(guò)2.8m。同時(shí)，板材結(jié)構(gòu)在整個(gè)安裝過(guò)程中可以有效地突出其靈活性，但由于板材結(jié)構(gòu)整體重量較大，所以在實(shí)施中需要非常多的材料來(lái)起到良好的輔助性作用。

3.2箱形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層

箱形轉(zhuǎn)換層在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，關(guān)鍵是以上層和下層樓板作為上下翼緣，在整個(gè)過(guò)程中，在整個(gè)過(guò)程中建立了多個(gè)單向或雙向腹板。在這種狀態(tài)下，箱形轉(zhuǎn)換層逐漸形成。它可應(yīng)用于上下層的結(jié)構(gòu)變換，柱網(wǎng)的尺寸不斷擴(kuò)大，與此同時(shí)軸線錯(cuò)位等現(xiàn)象也可以利用箱形的轉(zhuǎn)換層來(lái)進(jìn)行具體的操作。

4、轉(zhuǎn)換層主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1框支柱

在確定框支柱的尺寸時(shí)要將軸壓比作為主要的參考依據(jù)，同時(shí)還需要能夠滿足剪壓比的要求。延性是評(píng)價(jià)一個(gè)框支柱好壞的主要標(biāo)準(zhǔn)，所以必須要加強(qiáng)對(duì)軸壓比的控制，避免對(duì)框支柱的延性造成影響。柱截面的延性還會(huì)在很大程度上受配箍率的影響，所以與一般的框架柱相比，框支柱的配箍率會(huì)更大。在實(shí)際的工程施工中，一些框支柱還能夠當(dāng)作剪力墻的端柱來(lái)使用，所以還需要確保邊緣配件的配箍特征值不能超過(guò)規(guī)定的范圍。在轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)中，框支柱是其中非常關(guān)鍵的一個(gè)構(gòu)件，為了進(jìn)一步提升安全性，還需要將柱端彎矩以及柱端剪力都乘以它們的增大系數(shù)，每一層框支柱所受剪力的總和約等于基底剪力的30%，因?yàn)樵谶M(jìn)行程序計(jì)算時(shí)，通常都會(huì)認(rèn)為樓板的剛度趨于無(wú)窮大，按照豎向構(gòu)件的剛度分配水平剪力，如果底部剪力墻的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)框支柱，那么就會(huì)導(dǎo)致框支柱的剪力變得很小。除此之外，為了讓轉(zhuǎn)換層的上下部分連接的更為緊密，還可以將框支柱上部墻體內(nèi)的縱筋再次向里伸入。

4.2轉(zhuǎn)換層樓板

轉(zhuǎn)換層作為是框支剪力墻的分界，將剪力墻分為上下部分，并且這兩部分內(nèi)部的受力情況也是不同的。對(duì)于上部分的樓層來(lái)說(shuō)，它所承受的來(lái)自外部的水平力能夠按照各片剪力墻的等效剛度比例來(lái)分配;而對(duì)于下部分的樓層來(lái)說(shuō)，因?yàn)榭蛑еc落地剪力墻之間存在著一定的剛度差異，這時(shí)候水平剪力大多作用在剪力墻上。轉(zhuǎn)換層樓板的主要作用就是將上下部分所承受的剪力進(jìn)行重新分配，同時(shí)由于對(duì)于轉(zhuǎn)換層樓板本身來(lái)說(shuō)，它也要承受著很大的壓力，也可能會(huì)發(fā)生很嚴(yán)重的形變，因此必須要確保轉(zhuǎn)換層樓板具備足夠的剛度，這樣才能夠滿足工程的實(shí)際需要。目前轉(zhuǎn)換層樓板最常使用的是C35混凝土，這種類型的樓板的厚度達(dá)到了200mm，配筋率接近0.3%。除此之外，為了讓轉(zhuǎn)換層樓板更容易對(duì)所受剪力進(jìn)行重新分配，還可以將該層下方的樓板以及上方兩層的樓板進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)。

5、在設(shè)計(jì)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)需要注意的要點(diǎn)

高層建筑由于其高度復(fù)雜的特點(diǎn)，因此具有很高的施工難度，如果需要應(yīng)用轉(zhuǎn)換層的施工技術(shù)，那么就需要再將這個(gè)難度等級(jí)增加一級(jí)，再加上我國(guó)在該方面的發(fā)現(xiàn)時(shí)間尚短，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)還不夠豐富，在施工的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到一些問(wèn)題，只有將不斷出現(xiàn)的問(wèn)題逐個(gè)的解決掉，避免對(duì)工程施工造成嚴(yán)重的影響，這樣才能夠確保工程的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)，下面筆者將會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的一些事項(xiàng)進(jìn)行分析，具體如下：

5.1在設(shè)計(jì)帶有轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，不能將轉(zhuǎn)換層下方的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為柔軟層，不然很容易就會(huì)發(fā)生建筑整體倒塌的情況。

5.2在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將轉(zhuǎn)換層上部的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度與下部的抗側(cè)剛度相近，這樣就能夠有效的改變轉(zhuǎn)換層的剛度系數(shù)。

5.3由于底部轉(zhuǎn)換層的剛度是與其高度之間是存在一定聯(lián)系的，因此在施工的過(guò)程中要注意在能夠滿足建筑所需的基本剛度的前提下，合理的控制好轉(zhuǎn)換層的高度，這樣有助于提升建筑的穩(wěn)固性。

5.4通常情況下，在對(duì)帶有轉(zhuǎn)換層的高層建筑進(jìn)行施工時(shí)都會(huì)有專門的施工規(guī)范，在施工的過(guò)程中要注意不得違背相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

結(jié)束語(yǔ)：在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展下，人們的生活水平得到了快速提高，對(duì)房屋也有了更高的需求。尤其是對(duì)于帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑來(lái)說(shuō)，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的多元需求，發(fā)揮其綜合效益價(jià)值。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員要對(duì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的具體形式和內(nèi)容有深入的了解，這樣才能夠結(jié)合實(shí)際需求，提高結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

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