帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘要：建筑行業(yè)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展對帶有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生了很大的積極影響，為了更好的改變樓層的建筑功能，通常對于垂直結(jié)構(gòu)樣式或柱網(wǎng)格、軸或甚至兩者都需要進行改變。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層;高層建筑;設(shè)計;施工進度;空間結(jié)構(gòu)

社會的不斷進步為改善人們的生活環(huán)境質(zhì)量提供了可靠的保證，高層建筑結(jié)構(gòu)的下層比上層承受更大的力，因此結(jié)構(gòu)布局下方的剛度通常較高，并且具有更多的墻體。但是，布局和建筑功能能夠滿足空間的基本要求不同，因此，為了確保能夠更好的使用建筑功能，對于水平轉(zhuǎn)換的構(gòu)件需要布置在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上。下文主要介紹了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的常見類型和受力機理，包括高層轉(zhuǎn)換層的布局和設(shè)計原理以及帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑的抗震性能，還有新的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，從而解決轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的不同問題。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關(guān)內(nèi)容

1.1 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的作用

通常，高層建筑的較高樓層的壓力較小，而較低和中層的壓力較高。同時，每一層的受力情況都是不同的，所以，設(shè)計人員在整個設(shè)計過程中一定要采取措施，最大程度上提高高層建筑下部結(jié)構(gòu)的剛度，柱等結(jié)構(gòu)效果，以保證此類建筑物在實際使用中的質(zhì)量和可靠性。

1.2 主要類型的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層

高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層主要有兩種類型存在，（1）板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。由于高層建筑上下兩層之間存在很多柱網(wǎng)，因此有必要依靠平板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的作用來確保層之間力的均勻性。板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在實際應(yīng)用過程中需要滿足抗剪性的特定要求，并且板狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的最大厚度不應(yīng)超過2.8m。同時，板結(jié)構(gòu)的柔韌性比較突出，但其自重較大，需要很多輔助材料。（2）梁類型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。在高層建筑的垂直轉(zhuǎn)換施工過程中，需要依靠梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)來完成相關(guān)的操作。這種傳輸結(jié)構(gòu)更為常見，它能夠在高層建筑的不同樓層之間傳遞力，并確保高層建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層類型的選擇

轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式通?？梢苑譃槿N基本類型：梁型，板型和箱型。箱型和板型過渡層的應(yīng)力相對復(fù)雜，該設(shè)計只能在使用三維空間計算程序執(zhí)行整體力分析并且使用有限元方法執(zhí)行局部分析之后才能執(zhí)行。同時，箱式和板式轉(zhuǎn)換層的混凝土消耗量非常大，成本也很高。另一方面，梁型轉(zhuǎn)換層具有簡單的作用力，施工十分便捷，混凝土用量少，成本低，因為這些優(yōu)點的存在最終被高層建筑轉(zhuǎn)換層廣泛的使用。

3 具有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑設(shè)計中應(yīng)注意的問題

各種類型的高層建筑在特定的設(shè)計過程中需要考慮很多問題，主要是確保不影響整個施工的進度。其中，在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑設(shè)計中存在一些需要高度注意的常見問題：

首先，確保大空間層具有一定的剛度，并且對轉(zhuǎn)換層的上下結(jié)構(gòu)的橫向剛度比進行良好的控制，同時將等效橫向剛度控制在1.0-1.3之間。其次，為了消除外力對框支剪力墻的影響，十分必要增加剪力墻的豎向構(gòu)件的加固率。第三，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位移角度對高層建筑的整體結(jié)構(gòu)造成了很大的影響，所以必須采用可靠的技術(shù)手段對位移角度進行控制，以確保高層建筑基礎(chǔ)上的重力載荷滿足一定的抗震要求。最后，為了增強弱層的抗壓能力，有必要加強厚度約220mm的現(xiàn)澆混凝土層，并在相鄰層之間設(shè)置厚度約150mm的層，結(jié)構(gòu)布置相應(yīng)對稱，薄弱層的厚度和加固應(yīng)予以加強。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計優(yōu)化策略

4.1 減小過渡層垂直結(jié)構(gòu)的剛度差異

在具有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑物的實際使用中，轉(zhuǎn)換層的垂直結(jié)構(gòu)的剛度突然改變，這嚴重影響著結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的安全問題。所以，在高層建筑過渡層的設(shè)計過程中，設(shè)計者應(yīng)減少過渡層雙向結(jié)構(gòu)的差異，對于上下過渡層的剛度之間的差異進行良好的控制，適當增加層厚度，并在相關(guān)結(jié)構(gòu)中設(shè)置安全系數(shù)的補償剪切力，以確保某些高層建筑結(jié)構(gòu)的空間剛度。

4.2 充分考慮不同層應(yīng)力條件對千轉(zhuǎn)換層的影響

高層建筑結(jié)構(gòu)的過渡層具有特殊性，為了更好的確保高層建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，設(shè)計人員一定要掌握梁跨部位支撐件正、負彎矩速度的變化主要規(guī)律，以確保梁的合理性。設(shè)計人員還可以將梁部位下端的鋼筋設(shè)計為完全埋入的結(jié)構(gòu)，從而達到減少鋼筋彎曲的影響并提高結(jié)構(gòu)過渡層的安全性能的效果。

4.3 合理布置剪力墻

高層建筑的轉(zhuǎn)換層對千剪力墻的合理布局具備一定要求，主要是強調(diào)轉(zhuǎn)換層作為整體結(jié)構(gòu)的作用。通常，在設(shè)計轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時，剪力墻的框架柱之間的空間一定要保持均勻，并且兩者之間的距離應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)。

5 重疊后轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

5.1 設(shè)計原則

作為轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換柱具有混凝土消耗少，重量輕，建筑空間充分利用以及上下層的剛性低的優(yōu)點。應(yīng)當注意，重疊柱上方的樓板較弱，因此應(yīng)加強其剛度。

5.2 搭接轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的工作原理

通過重疊塊連接的地梁的承載力和軸向剛度的控制是重疊柱過渡結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性的保證。在層的承載力和剛度足夠大之后，需要控制好疊置柱的次級內(nèi)力和變形問題，因此，關(guān)鍵在于控制疊置砌塊相連層的承載力和軸向剛度。

5.3 落地框架結(jié)構(gòu)的工作特性

作為主要的橫向抗力部件，芯管必須保證其承載能力，延展性和橫截面尺寸。當緩凝粘土的強度等級從上到下變化，并且橫截面尺寸和匹配度發(fā)生變化時，這種變化將擴展到搭接柱橫截面的上層，立柱過渡會對的局部剛度產(chǎn)生一定的影響，必須進行弱化以確保整個結(jié)構(gòu)的抗震能力不會有太大變化。

5.4 搭接接頭過渡結(jié)構(gòu)的計算與分析

計算和分析主要可以通過SATWE和PMSAP之類的軟件來執(zhí)行。

6 新的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

6.1 斜撐轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

優(yōu)點包括清晰的力傳遞路徑，合理的接收方法以及比變化范圍小的剛性。因此，在水平地震的作用下，能夠大大減小層之間的剪切力的變化范圍和構(gòu)件的內(nèi)力。

6.2 寬光束轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

其優(yōu)點是有利于建筑設(shè)備的使用，降低轉(zhuǎn)換層的高度，對建筑功能的使用影響較小，并且對轉(zhuǎn)換梁的應(yīng)力較大。根據(jù)建筑物功能的需要，選擇合適的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，能夠大大降低成本，更好地展現(xiàn)建筑物的美感。

7 結(jié)構(gòu)計算

框架支撐剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析分為兩個步驟：首先，使用三維空間的方式對整個結(jié)構(gòu)進行詳細的內(nèi)力分析，以獲得各個構(gòu)件的內(nèi)力和鋼筋;第二，對轉(zhuǎn)換梁（框架支撐梁）附近進行詳細的平面有限元分析，從而獲得詳細的應(yīng)力分布，接著確定過渡梁（框架支撐梁）和附近墻壁的加固，根據(jù)平面有限元分析范圍選擇底部框架和框架支撐層上方的墻，對底部框架處支撐梁和柱的有限元進行分配，在梁和柱的整個橫截面高度下將其分為五個相等的部分。

對于帶有轉(zhuǎn)換層的高層建筑，由于轉(zhuǎn)換層下層的空間要求大，一些垂直的側(cè)向阻力構(gòu)件是不連續(xù)的，并且側(cè)向剛度會突然改變，通常情況下小于轉(zhuǎn)換層上層的剛度。在進行設(shè)計時，需要采取措施來減少剛度和承載力的改變，并確保滿足抵抗風(fēng)和地震設(shè)計的要求，底部具有轉(zhuǎn)換層的薄弱地板的地震剪切力應(yīng)乘以1.15的增加因子。

分析結(jié)果表明，框架梁在大多數(shù)情況下是偏心的受拉構(gòu)件，可以承受較大的剪切力。當在框架支撐梁的壁上設(shè)置側(cè)孔時，形成小壁肢，該小壁肢的應(yīng)力集中特別顯著，并且在側(cè)門開口處的框架支撐梁的應(yīng)力急劇增加。在水平載荷下，上部有邊門洞的框架梁的彎矩約為上部無邊門洞的框架梁的彎矩的3倍，剪力大概也是3倍。除了較小的墻壁外，還應(yīng)加強門洞部位框架梁的抗剪承載力，并應(yīng)加固箍筋。在此項目設(shè)計中，應(yīng)通過在橫梁末端增加軸來提高抗剪能力，并應(yīng)加固箍筋。

8 結(jié)語：

過渡層結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，工程量也非常大。設(shè)計師需要把注意力放在概念設(shè)計上，這樣可以避免走彎路。其次，通過以上詳細的分析結(jié)果，能夠得知，針對一些建筑物在建筑物的布局中必須盡可能規(guī)則和對稱，減少偏心率，優(yōu)化和調(diào)整上下層的布局和剛度轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)使它們彼此靠近。同時，還需要注意框架梁和框架柱等組件的特殊性。最后，必須要仔細考慮施工過程中產(chǎn)生困難的因素。因此，在設(shè)計中應(yīng)盡可能考慮施工的可行性，最終更好的實現(xiàn)最合理的設(shè)計。

參考文獻：

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作者簡介 ：林國雄（1986-），男，漢族，籍貫：廣西合浦人，工程師，主要從事建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。