淺談高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

文/潘小正 廣西建工集團第五建筑工程有限責任公司設(shè)計研究院 廣西南寧 530000

轉(zhuǎn)換層指的是建筑物的上層與下層之間由于使用功能以及類型不同，而導(dǎo)致的空間分布情況存在差異，為了保證建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性而進行的一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的工作。通常情況下，居民對高層建筑當中的一、二樓選購欲望不高，因此，大多數(shù)的高層建筑都會把底層的空間用來進行商鋪建設(shè)工作，例如一些飯店、超市等等，這種方式可以有效的節(jié)約建筑占地面積，同時保證建筑物的經(jīng)濟效益。但是，由于商用空間和舉架的要求與民用不同，因此就要在其中設(shè)置一定的轉(zhuǎn)換層來進行結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。高層建筑當中常見的轉(zhuǎn)換形式有梁式轉(zhuǎn)換層、板式轉(zhuǎn)換層。

1、梁式轉(zhuǎn)換層的相關(guān)概述分析

梁式轉(zhuǎn)換層是在高層建筑當中經(jīng)常使用的一種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，它的這種轉(zhuǎn)換方式主要是利用建筑物的框架結(jié)構(gòu)當中的房梁與承重支柱來為轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定性。由于這種轉(zhuǎn)換層施工過程比較簡單，且耗費的人力物力相對較少。同時，又能使建筑物線條清晰，達到美觀的效果。因此這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑施工中應(yīng)用比較廣泛，常見的梁式轉(zhuǎn)換圖見圖1。

2、高層建筑有梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計要求

2.1 提高有梁式轉(zhuǎn)換層的剛度

有梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計中, 應(yīng)對其剛度進行合理設(shè)置, 以確保有梁式轉(zhuǎn)換層的穩(wěn)定性。目前來看, 一些有梁式轉(zhuǎn)換層采取整跨布置的形式, 導(dǎo)致上部剪力墻結(jié)構(gòu)體、有梁式轉(zhuǎn)換層共同構(gòu)成了倒“T”型轉(zhuǎn)換構(gòu)件, 從而共同受力, 但這容易導(dǎo)致有梁式轉(zhuǎn)換層整體受拉。面對這樣的問題, 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 (JGJ 3-2015) 中指出, 有梁式轉(zhuǎn)換層的高度應(yīng)大于其跨度12.5%, 并明確規(guī)定了有梁式轉(zhuǎn)換層的腰部鋼筋配筋以及縱向鋼筋、箍筋要求, 以保證轉(zhuǎn)換構(gòu)件的剛度足夠, 提高轉(zhuǎn)換層的承載能力, 確保有梁式轉(zhuǎn)換層的穩(wěn)定性。

2.2 縮短有梁式轉(zhuǎn)換層的傳力路徑

對有梁式轉(zhuǎn)換層的上部、下部主體豎向結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候, 應(yīng)合理布置結(jié)構(gòu), 盡可能地確保水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)達到傳力直接的要求, 通過轉(zhuǎn)換托梁, 將不落地剪力墻直接傳給豎向承重構(gòu)件,避免轉(zhuǎn)換次粱轉(zhuǎn)換或者是水平多級轉(zhuǎn)換, 縮短傳力路徑。

2.3 對豎直構(gòu)件的數(shù)量進行嚴格控制

有梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計中, 為預(yù)防有梁式轉(zhuǎn)換層發(fā)生剛度突變的問題, 應(yīng)對豎向落地構(gòu)件的使用數(shù)量進行嚴格控制, 減輕轉(zhuǎn)換構(gòu)件負荷, 降低有梁式轉(zhuǎn)換層上部、下部的剛度變化, 避免地震時有梁式轉(zhuǎn)換層遭受損壞,提高建筑物的抗震性能。

2.4 盡量弱化上部結(jié)構(gòu)、強化下部結(jié)構(gòu)

為保證建筑物的剛度、延性、強度以及抗震能力, 便要在有梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計中有意識、有針對性地對下部主體結(jié)構(gòu)進行強化、對上部主體結(jié)構(gòu)進行弱化, 從而使有梁式轉(zhuǎn)換層的上部、下部主體結(jié)構(gòu)的變形特征、剛度盡可能地保持一致性,以預(yù)防薄弱層問題的出現(xiàn)。

3、高層建筑有梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計的關(guān)鍵點

3.1 轉(zhuǎn)換層上部框架的設(shè)計

應(yīng)采取強柱弱梁原則, 對轉(zhuǎn)化層上部框架進行設(shè)計, 保證在梁端出現(xiàn)塑性鉸, 從而提高柱的安全儲備。有梁式轉(zhuǎn)換層試驗研究證實, 由于與轉(zhuǎn)換梁相連的柱, 常常是薄弱點, 轉(zhuǎn)換梁上層框架的梁柱受力條件具有一定的復(fù)雜性, 應(yīng)力相對比較集中, 因此設(shè)計時應(yīng)充分考慮其實際受力情況, 開展施工模擬計算。此外, 還要對柱縱向鋼筋的配筋率進行科學(xué)設(shè)計, 抗震等級1級的狀況下, 其配筋率應(yīng)當≥1%;抗震等級2級的狀況下,其配筋率應(yīng)當≥0.8%;抗震等級3級的狀況下,其配筋率應(yīng)當≥0.7%;抗震等級4級或者是非抗震設(shè)計的狀況下, 其配筋率應(yīng)當≥0.6%, 同時鋼筋間距應(yīng)在80～200mm。

3.2 轉(zhuǎn)換粱截面設(shè)計

高層建筑有梁式轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換梁, 主要包括托柱形式、托墻形式兩種形式。首先, 轉(zhuǎn)換梁為托柱形式時進行截面設(shè)計, 若是轉(zhuǎn)換梁是對上部普通框架進行承托, 則在常用截面尺寸范圍之內(nèi),轉(zhuǎn)換梁的受力情況與普通梁的受力一致, 可以按照普通梁截面進行計算;若是轉(zhuǎn)換梁是對上部斜桿框架進行承托, 則轉(zhuǎn)換梁便會受到軸向拉力的影響, 所以其截面應(yīng)根據(jù)偏心受拉構(gòu)件來進行設(shè)計。其次, 轉(zhuǎn)換梁為托墻形式時進行截面設(shè)計,若是轉(zhuǎn)換梁是對上部墻體進行承托, 且滿跨不開洞, 則上部墻體與轉(zhuǎn)換梁是共同工作的關(guān)系, 其破壞形態(tài)、受力特征表現(xiàn)為深梁, 可以采取應(yīng)力截面設(shè)計、深梁截面設(shè)計的方法來進行截面設(shè)計。

3.3 轉(zhuǎn)換粱構(gòu)造設(shè)計

轉(zhuǎn)換粱設(shè)計中, 可以通過計算剪壓比來確定截面尺寸, 以確保含箍率合適、避免轉(zhuǎn)換粱發(fā)生脆性破壞。應(yīng)盡量不開洞, 如果是不可避免的開洞, 應(yīng)在梁中、軸的位置設(shè)置洞口, 同時洞口上弦桿、下弦桿也要采取有效的措施, 如加密箍筋等, 提高其抗剪能力。應(yīng)選擇C30以上的混凝土, 非抗震設(shè)計時, 上、下主筋的配筋率應(yīng)當≥0.3%。轉(zhuǎn)換粱有接頭的情況下, 可以采取機械連接的方式, 但需要注意不可在梁上托柱位置、上部剪力墻開洞位置或者是受力較大的位置進行接頭, 同時在同一截面之中, 鋼筋接頭面積應(yīng)控制在主筋截面總面積的50%以內(nèi)。

結(jié)語：

綜上所述，對于高層建筑，通過梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計能夠增強整個高層建筑的耐久性和可靠性，安全性和穩(wěn)定是保證建筑居住舒適性的前提。梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)對于高層建筑而言非常重要，所以，當前的高層建筑設(shè)計過程中一定要應(yīng)用這項技術(shù)，將轉(zhuǎn)換層的受力點進行更替，將各種構(gòu)造的方式進行更新，進而促進我國高層建筑的發(fā)展。