帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

阮鳴

摘要：本文筆者結(jié)合某綜合建筑實例，從框支柱、框支梁、轉(zhuǎn)換層樓板、抗震等級、平面布局等方面分析了帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，論述了帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的特點。對提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)計算的準(zhǔn)確度有很大的幫助，確保了高層建筑的施工質(zhì)量符合設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)；高層建筑；剪力墻

帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)主要是通過控制建筑內(nèi)部受力均衡性來確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，它具有良好的發(fā)展前景。因為高層建筑上部結(jié)構(gòu)薄弱下部結(jié)構(gòu)比較緊湊，所以轉(zhuǎn)換層的穩(wěn)定性要有新的突破。如今，高層建筑功能呈現(xiàn)多元化，建筑上部做居住使用，采用密集的結(jié)構(gòu)設(shè)計，建筑底部和中部做商業(yè)使用，采用稀疏的結(jié)構(gòu)設(shè)計。把帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)應(yīng)用到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，保證能夠建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計受力的穩(wěn)定性，對提升建筑受力的穩(wěn)定性起了很大作用。

一、工程概況

某綜合建筑項目總建筑面積47391.86m2，其中包括地上28層，地下2層。地下1層為儲藏室及設(shè)備用房；地上1層-3層做商業(yè)與其他用途；地上4層-28層為住宅建筑。地下1層層高為3.6 m，管道層層高為1.8 m，地上1層層高4.8 m，地上2-3層層高5.5 m，地上3層～28層層高均為3.0 m，室內(nèi)外高差0.60 m，建筑總高度88.9 m。結(jié)合各種形式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)缺點，把地上1層設(shè)置成框支轉(zhuǎn)換層、地上1層以上為純剪力墻，這方便了建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力的傳遞也滿足了建筑結(jié)構(gòu)空間使用功能的需要。要注意在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要根據(jù)結(jié)構(gòu)大空間使用功能性要求杜絕結(jié)構(gòu)豎向剛度差距明顯的問題出現(xiàn)，嚴(yán)格按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求對帶梁式轉(zhuǎn)換層上下部分的側(cè)向剛度比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，盡量減小剪力墻上門的窗洞口調(diào)整底部剪力墻的強(qiáng)度等級與厚度，讓結(jié)構(gòu)形成一個封閉的筒體。

二、帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

（一）框支柱

對于框支柱的設(shè)計，設(shè)計人員應(yīng)在地震組合下根據(jù)高層建筑能夠承受的地震級別，確定帶梁式轉(zhuǎn)換層框支柱的截面及配筋，依據(jù)軸力值設(shè)計框支柱參數(shù)，調(diào)整數(shù)據(jù)參數(shù)、增加結(jié)構(gòu)的受力強(qiáng)度、明確框支柱設(shè)計的數(shù)量。設(shè)計人員應(yīng)該科學(xué)準(zhǔn)確的計算剪力墻與框支柱的受力情況，根據(jù)框支柱軸壓計算框支柱的截面尺寸，控制建筑轉(zhuǎn)換層的框支柱受力范圍，確保在工程設(shè)計中框支柱具有足夠的延性。根據(jù)放大后的彎矩設(shè)計值，通過框支柱的柱頂彎矩乘以放大系數(shù)方式來配筋。在抗震設(shè)計時，需按規(guī)定設(shè)置支柱承受的地震剪力。表現(xiàn)在：當(dāng)每層帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中框支柱的數(shù)量不超過10根時，如果底部框支層設(shè)在1層-2層，必須確保每一根框支層以上，每一個框支柱所承受的剪力必須大于3%。如果建筑每一層框支柱的數(shù)量超過10根時，當(dāng)1 層-2層的建筑底部框支層所承受的剪力，必須大于結(jié)構(gòu)基底剪力的20% ，框支層剪力全部設(shè)在3層以及3層以上，必須將每一層框支柱所承受的剪力控制在30%以上。在完成框支柱剪力設(shè)計工作后，還要按照規(guī)定要求，認(rèn)真觀察框支梁的剪力、彎矩和框支柱的軸力變化情況，及時調(diào)整每一層框支柱與柱端框架梁的彎矩，再對應(yīng)調(diào)整框支柱剪力，這樣就不影響到整個結(jié)構(gòu)層所承載的剪力。而且，需做好抗震等級的設(shè)計工作，采用復(fù)合螺旋箍或井字復(fù)合箍綁扎轉(zhuǎn)換柱鋼筋，，沿著框支柱實施全高加密，并控制鋼筋綁扎的直徑與間距，確保直徑大于10mm、間距小于100mm，來設(shè)計每一層框支柱的縱向鋼筋配筋率。

（二）框支梁

框支梁的受力具有復(fù)雜性，，它是上下層荷載的傳輸重心和提升框支剪力墻抗震性能的核心部位，它的受力與其他結(jié)構(gòu)設(shè)計相對要大。所以一定要嚴(yán)格按照高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)規(guī)定設(shè)計框支梁。如果建筑項目的轉(zhuǎn)換梁上、下部縱向鋼筋系非抗震設(shè)計，最小配筋率必須大于0.3%；如果抗震等級為特一、一級和二級，最小配筋率必須大于0.6%、0.5% 和0.4%，還要在框支剪力墻結(jié)構(gòu)中的框支梁上、下縱向鋼筋和腰筋節(jié)點位置實施錨固，再檢查水平段，確保大于0.4lab（非抗震）或者是大于0.4labE（抗震設(shè)計）伸至柱邊，梁上部第一排縱向鋼筋應(yīng)向柱內(nèi)彎折錨固，為不影響整體施工質(zhì)量，錨固延伸到梁底的長度不能低于非抗震設(shè)計la，或者是抗震設(shè)計laE；如果建筑轉(zhuǎn)換層梁上部配置的鋼筋屬于多排縱向，技術(shù)人員可通過調(diào)整梁上部內(nèi)部的錨固鋼筋的長度，確保水平段、彎下段的長度值大于鋼筋錨固長度非抗震設(shè)計的la。設(shè)計人員應(yīng)堅持強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)底層柱底、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)底層墻的原則，來避免框支梁發(fā)生形變，影響到整個帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，提升抗震性能。

（三）轉(zhuǎn)換層樓板

在設(shè)計框支剪力墻結(jié)構(gòu)時，要按照各個建筑施工控制點中剪力墻剛度均勻分布于上部樓層的特點，以轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)為分界線，再結(jié)合框支柱和落地剪力墻之間的剛度要求、水平剪力在轉(zhuǎn)換層的荷載分配時容易發(fā)生形變，還有轉(zhuǎn)換層樓板自身平面受力情況，因為受上下結(jié)構(gòu)設(shè)計的受力分布影響；所以必須提升轉(zhuǎn)換層樓

（四）抗震等級

轉(zhuǎn)換層在進(jìn)行高層建筑施工的過程中起到承上啟下的作用，轉(zhuǎn)換層以下作為框架式的剪力墻，以上均是剪力墻。設(shè)計與施工過程相對比較復(fù)雜，為保證抗震等級與實際建筑的帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)受力均勻，在實際設(shè)計中要考慮到高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的抗震等級，設(shè)計人員需要結(jié)合帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對地震級配加以規(guī)范。在對于帶梁式轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計高層建筑抗震等級是很重要的，設(shè)計的關(guān)鍵控制點是高位轉(zhuǎn)換層作為帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的加強(qiáng)區(qū)；所以設(shè)計人員應(yīng)按照具體情況提升抗震等級與性能，以緩解部分地震受力面積。

（五）平面布局

帶梁式轉(zhuǎn)換層的平面設(shè)計主要是選用對稱設(shè)計方式，控制兩側(cè)的誤差，來減少結(jié)構(gòu)受力的偏心率，確保轉(zhuǎn)換層重心的穩(wěn)定性，這種設(shè)計相對比較簡單。在進(jìn)行平面布局設(shè)計的過程中，設(shè)計人員要根據(jù)帶梁式轉(zhuǎn)換層的周邊情況，在規(guī)定下使用專業(yè)設(shè)計軟件測算安全系數(shù)，為了能夠確保高層建筑扭轉(zhuǎn)的過程中，維持高度穩(wěn)定的性能，需要控制平面布局的每一項參數(shù)，提升帶梁式轉(zhuǎn)換層的強(qiáng)度，對位移距離進(jìn)行控制，提升扭轉(zhuǎn)能力，可以避免高層建筑發(fā)生水平位移，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)生誤差，給高層建筑的穩(wěn)定性帶來不利影響，以滿足建筑結(jié)構(gòu)安全施工的需求。

（六）豎向布置

為了保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性，高層建筑的側(cè)向剛度設(shè)計應(yīng)該保持下大上小。所以要強(qiáng)化下部、弱化上部進(jìn)行豎向布置，把兩側(cè)的剪力墻落地，并增加部分剪力墻在建筑底部、增加地下層底部的剪力墻在400mm—600mm內(nèi)的厚度，以提升建筑結(jié)構(gòu)的底部剛度、承擔(dān)建筑結(jié)構(gòu)的部分受力。同時使用高標(biāo)號混凝土來澆筑底部剪力墻，提升底部柱和墻混凝土剛度與強(qiáng)度。設(shè)計人員要注意防止剛度削弱過度，影響到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性，給建筑工程施工埋下潛在安全隱患，底部剪力墻盡可能不開洞或者是只開小洞。設(shè)計人員需要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)換層上部剪力墻的厚度，適當(dāng)減少建筑轉(zhuǎn)換層上部剪力墻的數(shù)量，若想要幫助上部結(jié)構(gòu)承擔(dān)部分受力，適當(dāng)承擔(dān)建筑物所承受的壓力，緩解框支梁承受的荷載能力，可以在轉(zhuǎn)換層部分較長的剪力墻中開設(shè)結(jié)構(gòu)洞，待到建筑施工結(jié)束后，使用填充墻進(jìn)行填實以增加建筑結(jié)構(gòu)自振周期，從而降低地震對建筑物的作用力。

三、結(jié)語：

為確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果和具體情況一致，相關(guān)人員需要分析影響建筑設(shè)計的因素，還要使用相關(guān)的工具和專業(yè)的設(shè)計方法，來加強(qiáng)框支柱、框支梁、轉(zhuǎn)換層樓板、抗震等級、平面布局和豎向布置等環(huán)節(jié)的控制，排除在帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中受到的各種干擾和影響因素。提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的計算的準(zhǔn)確度，確保高層建筑施工的質(zhì)量符合設(shè)計要求。