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

井征博 呂忠來

青島雍達(dá)筑城建筑設(shè)計(jì)有限公司 山東青島 266000

通常來說，往往把大柱網(wǎng)的餐廳以及商場作為綜合性功能高層建筑的下層部分，把小柱網(wǎng)相關(guān)的住宅以及旅館等作為建筑中層或者上層部分。因?yàn)椴煌慕ㄖ邆涞墓δ艽嬖诓町?，所以將建筑空間加以劃分，能保證建筑物空間之間科學(xué)的轉(zhuǎn)換與過渡。這是每一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者需要掌握的關(guān)鍵技術(shù)。針對高層建筑而言，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)期間，要重點(diǎn)關(guān)注轉(zhuǎn)換層的使用效果，進(jìn)而提高帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效果[1]。

1 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

1.1 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層概述

一般來說，高層建筑的上部分和下部分之間的功能不同，因此采用不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，保證建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量。同時(shí)需要對樓層之間進(jìn)行結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換處理，保證建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這就是建筑物的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。

1.2 設(shè)計(jì)原則

現(xiàn)階段，我國建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層有以下三種形式，即箱形轉(zhuǎn)換層、梁式轉(zhuǎn)換層以及板式轉(zhuǎn)換層。建筑物設(shè)計(jì)者需要結(jié)合工程的實(shí)際要求，針對不同類型的結(jié)構(gòu)采取不同的設(shè)計(jì)方式，保證建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性。我們要思考設(shè)計(jì)原則：其一，收集建筑物的數(shù)據(jù)和信息，掌握建筑物的施工數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。其二，開展工程建模工作，有效地將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，遵照相關(guān)的規(guī)則輸出信息，保證建模設(shè)計(jì)的質(zhì)量。其三，計(jì)算建筑整體結(jié)構(gòu)，盡力保證高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性以及載荷能力，提高轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)效果。

2 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作

2.1 綜合考慮選擇轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

建筑使用關(guān)系到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，在設(shè)計(jì)時(shí)必須做到有備而無患，綜合考慮設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的各種問題，提前做好計(jì)劃。當(dāng)前，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式多樣，但不同的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)因特點(diǎn)不同、優(yōu)缺點(diǎn)不同，其實(shí)際應(yīng)用也會受到限制，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式時(shí)必須要認(rèn)真研究設(shè)計(jì)方案，同時(shí)考慮以下因素:①抗震。考慮到抗震的需要，要謹(jǐn)慎選擇厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)模式。因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)自重大，重量可達(dá)數(shù)千甚至上萬噸，加之該結(jié)構(gòu)上層剛度大、下層剛度小，底部在使用中極易發(fā)生變形等問題，埋下震害隱患。箱型轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)也同樣存在質(zhì)量和剛度過大的問題，會產(chǎn)生激烈的地震反應(yīng)。若非特殊情況需要盡量避開這兩種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式。②經(jīng)濟(jì)性。高層建筑建設(shè)成本較大，在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮建筑功能需求，還應(yīng)考慮造價(jià)問題，要盡可能采用經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式，降低成本。③安全性。要盡可能選擇可以減少豎向構(gòu)件的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，以減小轉(zhuǎn)換剛度，確保建筑物的安全性和穩(wěn)定性。綜合考慮以上因素，在高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)積極探索使用新型轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，不能只為了追求建筑多樣化功能盲目選擇結(jié)構(gòu)形式。要盡可能以梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力拱式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、搭接柱轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，這些結(jié)構(gòu)形式的抗震性能、安全性、經(jīng)濟(jì)性都較高，可以提高建筑物質(zhì)量[2]。

2.2 精心設(shè)置落地構(gòu)件確保其強(qiáng)度

在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，一旦確定了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，就要提前進(jìn)行落地構(gòu)件的設(shè)置。選擇落地構(gòu)件時(shí)，要對構(gòu)件的強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)，必須要選擇高強(qiáng)度的落地構(gòu)件。設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能讓構(gòu)件貼近重心，避免轉(zhuǎn)換層承受過大壓力，確保構(gòu)件間距對稱、均勻。

3 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式

3.1 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換梁截面

在設(shè)計(jì)高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)期間，首先要對轉(zhuǎn)換梁截面進(jìn)行設(shè)計(jì)，思考高層建筑中梁能夠承受的壓力以及轉(zhuǎn)換層的受力情況，之后結(jié)合這些數(shù)據(jù)，選擇科學(xué)的計(jì)算方式。一般情況下，針對轉(zhuǎn)換梁截面的設(shè)計(jì)，含有托柱形式和拖墻形式兩種。對于拖柱形式的轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)，應(yīng)該思考截面的尺寸。

3.2 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件

針對轉(zhuǎn)換層而言，出現(xiàn)突變的不只是豎向剛度，在豎向側(cè)力構(gòu)件上會存在不連續(xù)的情況，以至于高層建筑的轉(zhuǎn)換層中的傳力路徑會發(fā)生突變，特別是受到強(qiáng)震的影響，高層建筑中強(qiáng)度薄弱的部位也會產(chǎn)生對應(yīng)的作用力。若想要確保轉(zhuǎn)換層上部構(gòu)件和下部構(gòu)件同時(shí)提升強(qiáng)度，需要增加轉(zhuǎn)換層周圍的構(gòu)件強(qiáng)度，由此便于轉(zhuǎn)換層水平剪力的傳遞，防止轉(zhuǎn)換層在地震的影響下毀壞。

3.3 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換大梁

梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求為：首先，轉(zhuǎn)換層上的模板應(yīng)該將高層建筑上層內(nèi)部對應(yīng)的水平剪力傳遞給下層剪力，保證上層自身存在較強(qiáng)的平面剪力。針對豎向荷載，也要一同設(shè)計(jì)，由此提高高層建筑樓板的剛度和強(qiáng)度。其次，轉(zhuǎn)換層大梁主要是借助上部剪力墻以及柱子實(shí)現(xiàn)對豎向構(gòu)件的內(nèi)力傳遞，加之其自身能夠承受的壓力比較大，作為抗震中的主要環(huán)節(jié)，所以大梁的設(shè)計(jì)十分必要。

3.4 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層的抗震效果

高層建筑物內(nèi)部的轉(zhuǎn)換層被加工與處理，整體上會影響建筑物的剛度。因?yàn)檗D(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中的豎向承載力在某一個(gè)瞬間會發(fā)生變化，在一定程度上會導(dǎo)致傳力方向出現(xiàn)偏差，在這種情況下，高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)具備的抗震性能會降低。要想確保轉(zhuǎn)換層具備一定的安全性，應(yīng)該在建筑三層或者三層以上的施工作業(yè)中，對建筑物的墻柱進(jìn)行加固，保證建筑物自身具備抗震能力。

3.5 設(shè)計(jì)托墻形式的轉(zhuǎn)換梁截面

轉(zhuǎn)換梁自身能夠承受的上部墻體在尚未開洞之前，應(yīng)該保證轉(zhuǎn)換梁和上部墻體一同工作。這樣，建筑的受力情況以及形態(tài)的破壞形式便是深梁。因此在設(shè)計(jì)托墻形式的轉(zhuǎn)換梁截面期間，需要對應(yīng)力與深梁進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算出縱向鋼筋的承受能力基礎(chǔ)上，對建筑進(jìn)行控制。若轉(zhuǎn)換梁中存有的梁跨度比較大，盡力不要將建筑物底層的縱向鋼筋彎起，而是盡力將大梁設(shè)計(jì)在建筑物的底部[3]。

綜上所述，現(xiàn)階段我國高層建筑物逐漸增多，建筑種類呈現(xiàn)多樣化，同時(shí)建筑形式在持續(xù)升級中，所以開展帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式研究課題具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。對于帶有轉(zhuǎn)換層高層建筑物的設(shè)計(jì)，需要全方位了解建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及建筑物的在生活中的存在作用，結(jié)合實(shí)際，制定轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)方案，推動建筑行業(yè)的發(fā)展。