研究高層建筑中的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

【摘要】高層建筑的功能多、類型多，需采用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，滿足高層建筑的結(jié)構(gòu)需求。高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層有著重要的作用，提高了建筑施工的質(zhì)量，同時(shí)保障高層建筑的抗震能力，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分掌握結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層方面知識(shí)，并且與實(shí)際要求相結(jié)合，在符合設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上做出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，使建筑物的穩(wěn)定性得到切實(shí)保障。本文對(duì)帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;梁式轉(zhuǎn)換層;設(shè)計(jì)

1、引言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，高層建筑的功能越來越多，居住、娛樂、銷售等多個(gè)功能均集中體現(xiàn)到建筑工程中，這時(shí)就需要梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來規(guī)劃建筑功能，確保高層建筑能夠滿足功能的需求。梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)在高層建筑中具有足夠的穩(wěn)定性，完善了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保高層建筑的整體安全性。

2、帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

通常來說，由于高層建筑上下部分的功能與用途上有所不同，所以所運(yùn)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式也存在不同，旨在以此來確保建筑設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)及符合建設(shè)需求。而且要對(duì)樓層間的結(jié)構(gòu)實(shí)施轉(zhuǎn)換的處理措施，確保建筑物整體性的結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)定。即稱之為建筑物的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。現(xiàn)階段國內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層主要呈現(xiàn)以下三類形式：梁式、板式以及箱形的轉(zhuǎn)換層。作為建筑設(shè)計(jì)人員必須要綜合工程實(shí)況需求來進(jìn)行考量，并對(duì)類型不相同的結(jié)構(gòu)必須展開具有針對(duì)性的不同設(shè)計(jì)，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)與合理。在此需要注意的設(shè)計(jì)原則如下：①對(duì)建筑物的相關(guān)信息及數(shù)據(jù)要注意收集和整理，以確保所掌握的施工數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。②落實(shí)好工程建模方面的工作，將數(shù)據(jù)和信息切實(shí)有效的輸入至計(jì)算機(jī)中，并依照有關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)輸出信息，進(jìn)而確保建模設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高。③對(duì)建筑物的整體結(jié)構(gòu)展開計(jì)算，盡最大限度確保高層建筑結(jié)構(gòu)自身的載荷能力和抗震性能最大化呈現(xiàn)，以提升轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)效果。

3、高層建筑對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層的功能需求

高層建筑對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)有一定的需求，高層建筑的功能決定了梁式轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用方法[1]?，F(xiàn)階段高層建筑中，什么類型的工程需要用到梁式轉(zhuǎn)換層是行業(yè)中較為關(guān)注的問題，這樣能夠明確梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的實(shí)際應(yīng)用。高層建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了非常密集的下部結(jié)構(gòu)，雖然下部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較好，但是建筑的樓層越高受力就越不穩(wěn)定，尤其是上方受力密度會(huì)呈現(xiàn)下降的趨勢，建筑整體上會(huì)有下密上疏的表現(xiàn)，上部結(jié)構(gòu)大多為辦公、居住的功能，不能有密度低和受力不均的情況，這種情況下高層建筑就應(yīng)該設(shè)計(jì)梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，梁式轉(zhuǎn)換層促使高層建筑上下結(jié)構(gòu)之間的傳力均衡，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，平衡高層建筑的內(nèi)部受力，同時(shí)還能把控好整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。

4、高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層的形式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

4.1高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層的形式

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層中常見的形式有如下幾類，分別是：梁墻梁式結(jié)構(gòu)、厚板結(jié)構(gòu)、箱型結(jié)構(gòu)、斜桿支架式結(jié)構(gòu)、空腹支架式等幾類，高層建筑中有80%比例的工程項(xiàng)目中選用了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，高層建筑的底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)中大多都采用了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，目的是完善建筑功能，強(qiáng)調(diào)高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。4.2高層建筑帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑最大的特點(diǎn)就是高度高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此其施工難度也往往較大，尤其是在運(yùn)用帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)模式，則會(huì)進(jìn)一步加大其施工難度。由于國內(nèi)在高層建筑轉(zhuǎn)換層的具體應(yīng)用及相關(guān)研究起步較晚，所以目前在技術(shù)方面尚處于初級(jí)階段，在經(jīng)驗(yàn)上也相當(dāng)?shù)牟蛔?，施工過程中經(jīng)常會(huì)遇到這樣或那樣的問題。而當(dāng)問題出現(xiàn)后，我們要做的是逐個(gè)對(duì)問題進(jìn)行認(rèn)真分析，找出有效的解決對(duì)策，這樣才能夠保障工程質(zhì)量。經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在高層建筑帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要需要注意以下要點(diǎn)：①在設(shè)計(jì)過程中，轉(zhuǎn)換層下方的結(jié)構(gòu)不能設(shè)計(jì)成柔軟層，否則其力度不足以支撐起整個(gè)建筑，容易發(fā)生建筑倒塌事故，危害到人民財(cái)產(chǎn)安全;②在設(shè)計(jì)過程中，轉(zhuǎn)換層上、下部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度可以設(shè)計(jì)得相近，這樣在改變轉(zhuǎn)換層的剛度系數(shù)時(shí)可以更加方便有效;③在設(shè)計(jì)過程中，底部轉(zhuǎn)換層的剛度與高度是互相影響、互相聯(lián)系的，所以應(yīng)當(dāng)在滿足建筑所需剛度的前提下，合理對(duì)轉(zhuǎn)換層的高度進(jìn)行控制，這樣可以更加提高建筑的穩(wěn)固性;④在設(shè)計(jì)過程中，一般高層建筑帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)模式都有專門的施工規(guī)范，所以應(yīng)當(dāng)要嚴(yán)格依照相關(guān)施工規(guī)范來進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，以保證設(shè)計(jì)和施工具備合理性、科學(xué)性以及可行性。對(duì)此，在開展高層建筑轉(zhuǎn)換層的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，必須要嚴(yán)格遵循上述要點(diǎn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5、梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)

梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要有3點(diǎn)，探討這3點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，如下：

5.1框支柱設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

框支柱在高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層中的設(shè)計(jì)要注意建筑自身的地震級(jí)別，按照地震級(jí)別規(guī)劃框支柱級(jí)配，框支柱的設(shè)計(jì)參數(shù)需靈活調(diào)整，設(shè)計(jì)中參考一級(jí)軸力值和二級(jí)軸力值，調(diào)整完之后放大受力值，選擇匹配的擴(kuò)大系數(shù)，建議一級(jí)為1.50，二級(jí)為1.25，在此基礎(chǔ)上計(jì)算框支柱數(shù)量?？蛑еO(shè)計(jì)中要注意框支柱決定了梁式轉(zhuǎn)換層中的框支層?？蛑еO(shè)計(jì)時(shí)的受力總和不能超過地基受力的百分之二十，假如高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層中的框支柱超出10根，此時(shí)框支層可設(shè)計(jì)成1層、2層[3]?？蛑еO(shè)計(jì)中，剪力、受力以及框支層中出現(xiàn)的差異要根據(jù)梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的實(shí)際情況調(diào)整或確定，進(jìn)而計(jì)算出框支柱的設(shè)計(jì)數(shù)值，應(yīng)用到高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層上。

5.2截面設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層中的截面設(shè)計(jì)要根據(jù)梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，同時(shí)根據(jù)轉(zhuǎn)換層的受力，設(shè)計(jì)出柱型截面或者托墻型截面。截面設(shè)計(jì)時(shí)要計(jì)算出截面的尺寸大小，規(guī)范設(shè)計(jì)截面的配筋，要以梁式轉(zhuǎn)換層的實(shí)際情況為根據(jù)設(shè)計(jì)剪壓比，為了預(yù)防截面上有脆性破壞，還需調(diào)整轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸，一定要保證截面有正確的含箍率，計(jì)算中要把剪力值乘上1.2，該數(shù)值為放大系數(shù)，梁式轉(zhuǎn)換層的主筋中不能設(shè)計(jì)接頭，需要有一半以上的主筋設(shè)計(jì)成貫穿狀態(tài)，截面的梁式轉(zhuǎn)換層上不能有開洞設(shè)計(jì)。截面設(shè)計(jì)中要注意使用混凝土的強(qiáng)度不能低于C30，如有滿跨的情況就要采取深梁設(shè)計(jì)，確保梁式轉(zhuǎn)換層能夠起到作用。截面設(shè)計(jì)時(shí)還要重點(diǎn)考慮軸向拉力的影響，根據(jù)實(shí)際情況提升縱筋的配筋量，設(shè)計(jì)時(shí)不要運(yùn)用偏心受拉構(gòu)件，一定要確保截面設(shè)計(jì)符合高層建筑的需求，確保梁式轉(zhuǎn)換層的準(zhǔn)確應(yīng)用。

5.3框支梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

框支梁在梁式轉(zhuǎn)換層中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)集中在受力分析和參數(shù)計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)上，高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層中，框支梁存在多方受力，如結(jié)構(gòu)載荷、內(nèi)部傳輸力等，以剪壓比為參考計(jì)算出框支梁界面的尺寸，框支梁界面和梁式轉(zhuǎn)換體存在著直接的關(guān)系，尤其是穩(wěn)定性關(guān)系，框支梁設(shè)計(jì)期間必須要考慮框支梁跨度的影響，一般情況下框支梁跨度的六分之一用作框支梁跨度設(shè)計(jì)的參考，而高層建筑墻體厚度關(guān)系到框支梁的寬度數(shù)值，框支梁寬度可設(shè)計(jì)成墻體的兩倍，不能低于4m?？蛑Я涸O(shè)計(jì)時(shí)非常復(fù)雜，其有繁瑣的受力結(jié)構(gòu)，其為梁式轉(zhuǎn)換層中較為復(fù)雜的一類，合理設(shè)計(jì)框支梁的受力，準(zhǔn)確計(jì)算框支梁中的參數(shù)，發(fā)揮框支梁中級(jí)配受力的應(yīng)用。

5.4 對(duì)樓板進(jìn)行設(shè)計(jì)

對(duì)于高層建筑轉(zhuǎn)換層樓板，最主要的任務(wù)就是對(duì)上下樓層的剪力進(jìn)行有效傳輸。通過對(duì)剪應(yīng)力設(shè)計(jì)樓板的剛度以及強(qiáng)度進(jìn)行有效結(jié)合，確保樓板技術(shù)承受非常大的剪應(yīng)力也不會(huì)出現(xiàn)任何開裂或者變形。對(duì)于轉(zhuǎn)換層樓板的最小截面高度而言，應(yīng)該是要超過18厘米的，而且在板面以及板底之間應(yīng)該進(jìn)行雙向配筋，這樣可以使得鋼筋能夠在樓板墻體或者在周邊邊梁當(dāng)中進(jìn)行很好的固定。對(duì)于轉(zhuǎn)換層樓板而言，是不能出現(xiàn)任何錯(cuò)層的，在簡體位置以及落地剪力墻位置樓板不能出現(xiàn)任何開洞情況，這樣就可以將轉(zhuǎn)換層樓板的整體性大幅度提升上去。在對(duì)高層建筑的使用功能以及設(shè)計(jì)需求進(jìn)行充分考慮之后才可以對(duì)樓板進(jìn)行開洞操作，而且還可以將邊梁在洞口周邊進(jìn)行布置，通過進(jìn)行機(jī)械焊接完成對(duì)鋼筋的接頭[4]。

6、梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)在高層建筑中的發(fā)展前景

高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的發(fā)展前景非常好，梁式轉(zhuǎn)換層的發(fā)展中，可以匯總出3類在高層建筑上較為常用的結(jié)構(gòu)，分別是：（1）鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換層，此類梁式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)勢較多，比如剛度優(yōu)勢、承載優(yōu)勢等，這類結(jié)構(gòu)在高層建筑中并沒有普及起來，是未來發(fā)展的主要結(jié)構(gòu)形式，其可減少支模拆模的操作量，加快工程進(jìn)度[4];（2）預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換層，此類結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層中，混凝土受到一定程度的預(yù)壓應(yīng)力，避免混凝土有開裂的情況，而且預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的梁式轉(zhuǎn)換層有著輕量的優(yōu)勢，有助于節(jié)約材料和成本，其適用于大跨度轉(zhuǎn)換的高層建筑中;（3）新型轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也就是疊層桁架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是跟隨著高層建筑的發(fā)展而興起的，把多個(gè)大截面的桿件結(jié)合起來，結(jié)合的方式為桁架空間疊層，促使新型轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定的傳遞高層建筑中的荷載，實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換。

結(jié)語：

隨著人們對(duì)高層建筑功能性和實(shí)用性的要求越來越高，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)也在不斷的提高和創(chuàng)新。結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)來說，它本身就要承載強(qiáng)度很大的荷載力，所以轉(zhuǎn)換層作為其中的應(yīng)力結(jié)構(gòu)，其涉及難度很大且要求很高。所以高層建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)對(duì)高層建筑多功能、復(fù)合型性能的正常發(fā)揮有著決定性的作用。它也是高層建筑整體工程質(zhì)量中十分關(guān)鍵的一環(huán)。

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作者簡介：

陳豐（1975.08—），湖南南縣，漢族，研究生，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。