談高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

王鳳平　魯存玉

摘 要：在高層建筑的施工中，進行整體建筑的穩(wěn)定性和保障是非常有必要的。為了對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層進行穩(wěn)定性設(shè)計，在滿足施工要求的同時，還要保證高層建筑的施工質(zhì)量，所以需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計上進行充分的論述。

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

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.070

進行高層建筑的建設(shè)，是由于當(dāng)前土地資源逐漸短缺，不得不選擇的一種新的建筑模式。高層建筑在建設(shè)過程中，最受人們關(guān)注的是安全性和穩(wěn)定性，而作為高層建筑中的重要結(jié)構(gòu)，梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)，承擔(dān)著上下雙層的壓力，需要對荷載進行合理的配置，解決長期的壓力帶來的變形問題等。因此，施工前期、中期、后期，在梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計方面，都針對不同的功能設(shè)定進行設(shè)計，以滿足整體建筑的需要。

1 梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計準(zhǔn)則

進行梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計，要考慮豎直構(gòu)件的使用數(shù)量，施工中，對于施工數(shù)量要求有一定的規(guī)格，尤其是剛度問題上，避免由于過多地使用導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換層的隱患發(fā)生。再就是要注意嚴(yán)格分配比例。按照轉(zhuǎn)換層的設(shè)計要求，確保發(fā)揮轉(zhuǎn)換層的作用，確保施工的實際受力均衡性，保證內(nèi)力承受能力要得到內(nèi)力發(fā)揮。受力精準(zhǔn)性也是進行梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要注意的問題，在施工的時候，保證以公式計算為基礎(chǔ)，促進梁式轉(zhuǎn)換層要保證受力均勻性，提高高層建筑的受力標(biāo)準(zhǔn)型。在進行梁式轉(zhuǎn)換層的強度分配上，保證基礎(chǔ)受力不能隨意。對于強度進行分配，保證梁式轉(zhuǎn)換層的受力不均勻，對強度進行合理分配，發(fā)揮其高層建筑空間轉(zhuǎn)換整體設(shè)計能力[1]。

2 案例分析

某酒店總建筑面積約6.3萬m2。地下2層，塔樓建筑地上23層，總高度98米;裙樓地上4層，功能為綜合商業(yè)。塔樓立面為漸變的不規(guī)則自由曲面，凹進或突出。建筑整體的重心與形心偏置，在豎向荷載作用下有傾覆的趨勢，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計進行深入的分析。

2.1 塔樓結(jié)構(gòu)模型

建筑平面像顆“花生”，平面形狀和柱位隨著建筑外形變化，沒有標(biāo)準(zhǔn)層。甚至算上建筑面層高度內(nèi)的退進，建筑邊線與結(jié)構(gòu)板邊線也不同。設(shè)計師畫平面圖畫得一度崩潰（不堪回首）。借助了BIM支持，協(xié)調(diào)了建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備和幕墻的空間關(guān)系。平面尺寸約56m×29m，長寬比約為2：1。核心筒更加狹長形，長寬比約為3.3：1，因此結(jié)構(gòu)X、Y方向的剛度相差較大，并且抗扭剛度較弱[2]。

2.2 框支柱的設(shè)計結(jié)構(gòu)體系

塔樓的結(jié)構(gòu)體系為鋼框架-鋼筋混凝土核心筒。為配合建筑立面的曲線形凹進、突出，大量應(yīng)用了隨著立面曲折的斜柱。為了滿足底部大堂的使用空間和效果，底部5層以下采用V形斜柱，平面內(nèi)傾斜角度約為17°。在第5層高位轉(zhuǎn)換承接塔樓鋼框架柱。

2.3 框質(zhì)量的設(shè)計分析以及結(jié)構(gòu)布置

因為建筑整體的重心偏置，同時V形柱內(nèi)傾導(dǎo)致抗傾覆力臂減小，結(jié)構(gòu)設(shè)計時剛度平衡和抵抗傾覆是關(guān)鍵點之一。通過調(diào)整核心筒剪力墻的長度、厚度、長墻開洞，增強了結(jié)構(gòu)短向的抗側(cè)剛度以及整體抗扭剛度。對于芯筒狹長形的結(jié)構(gòu)，建筑的房間、走廊、電梯廳等不同功能區(qū)域的凈高需求和設(shè)備管線各不相同。確定轉(zhuǎn)換層的梁高相對建筑協(xié)調(diào)和設(shè)備管線來說更加重要。設(shè)計中V型柱采用焊接箱形截面，700x700x35～40mm，內(nèi)灌C50混凝土，以增大構(gòu)件剛度和承載能力。上部鋼框架柱焊接箱形截面500x500x30mm，隱藏在房間隔墻內(nèi)。由于大部分樓層內(nèi)存在斜柱，本項目樓面采用了平面內(nèi)剛度更好的鋼筋桁架組合樓板。

3 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計要點以及常規(guī)結(jié)構(gòu)分析

（1）對結(jié)構(gòu)做常規(guī)的分析，包括動力特性、小震和風(fēng)荷載下的整體剛度、承載力、規(guī)則性（剛度比、抗剪承載力比、位移比、質(zhì)量分布等），以及構(gòu)件設(shè)計、樓板應(yīng)力、彈性時程分析等，在此不詳細(xì)展開了。

（2）對于豎向布置的設(shè)計，考慮到上方剪力墻的轉(zhuǎn)換層的豎向受力，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用高級配的混凝土材料，提升糧食轉(zhuǎn)換層的穩(wěn)定程度，做好平面的布局和設(shè)計，圍繞梁式轉(zhuǎn)換層的周邊，增強強度的同時，保證高層建筑的扭轉(zhuǎn)和穩(wěn)定性能，使得水平方面的位移能夠得到距離的控制，達到扭轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)，提高梁式轉(zhuǎn)換層的扭轉(zhuǎn)能力，使用可靠的控制途徑，控制好平面布局的數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)誤差。從周期比看，設(shè)計的結(jié)構(gòu)抗扭剛度較好建筑Y方向建筑迎風(fēng)面較大，風(fēng)荷載作用下的基底剪力約為小震的83%。因此，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力設(shè)計由地震作用和風(fēng)荷載共同控制。

（3）對于轉(zhuǎn)換層上下豎向構(gòu)件不連續(xù)，并且存在躍層柱、V柱、斜柱的情況，計算轉(zhuǎn)換導(dǎo)上下剛度比時需特別仔細(xì)地研究，以免誤判。塔樓結(jié)構(gòu)因為存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、V型柱、斜柱、高位轉(zhuǎn)換等超限情況，需要進行超限專項審查，其抗震性能化設(shè)計目標(biāo)定為C級。V形柱是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件，按性能化目標(biāo)中震彈性設(shè)計。箱形截面內(nèi)灌混凝土，有效地降低了V柱軸壓應(yīng)力水平。中震組合下柱頂最大應(yīng)力比0.81，柱底0.58（軸力為主）。

（4）V柱的豎向荷載大，且跨躍了多個樓層，無支撐長度達16.0m，應(yīng)驗算其穩(wěn)定性能。V柱與周邊構(gòu)件連接較少，結(jié)構(gòu)局部冗余度較低。一旦發(fā)生V形柱突然失效的極端情況，結(jié)構(gòu)整體的受力狀態(tài)和傳力路徑將發(fā)生很大變化，需要考查抗連續(xù)性倒塌能力。轉(zhuǎn)換樓層，在豎向荷載下V形斜柱軸力的水平分量，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換樓層內(nèi)產(chǎn)生很大的拉力，由樓面鋼梁和樓板共同承擔(dān)。

4 結(jié)語

為了減小樓面鋼梁和樓板的應(yīng)力，在本層樓板內(nèi)布置預(yù)應(yīng)力鋼筋，才最小的代價實現(xiàn)了拉力的自平衡。在轉(zhuǎn)換層核心筒內(nèi)布置了水平貫通的型鋼，適當(dāng)加強了轉(zhuǎn)換層的板厚和轉(zhuǎn)換樓層在豎向荷載下斜柱軸力的水平分量，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換樓層內(nèi)產(chǎn)生很大的拉力，由樓面鋼梁和樓板共同承擔(dān)。為了減小樓面鋼梁和樓板的應(yīng)力，在本層樓板內(nèi)布置預(yù)應(yīng)力鋼筋，才最小的代價實現(xiàn)了拉力的自平衡。此外，還在轉(zhuǎn)換層核心筒內(nèi)布置了水平貫通的型鋼，適當(dāng)加強了轉(zhuǎn)換層的板厚和配筋。

參考文獻：

[1]張輝.梁式轉(zhuǎn)換層建筑施工技術(shù)研究[J].建材發(fā)展導(dǎo)向（上），2019，17（01）：238.

[2]阮鳴.帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].中國房地產(chǎn)業(yè)，2019（02）：236.