高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

丁偉

（廣水市建筑勘察設(shè)計(jì)院，湖北 廣水 432700）

引言

帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的建筑上下部分通常為不同的功能區(qū)，在荷載和抗震等方面會(huì)有較大的差異，這類建筑物多為高層建筑，如結(jié)構(gòu)首層功能為商業(yè)，二層及以上樓層功能為住宅。由于梁式轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)和施工更為方便，施工成本相對(duì)增加不高，實(shí)際應(yīng)用性價(jià)比較高，因而通常在大梁、斜撐、箱形結(jié)構(gòu)以及厚板中選擇結(jié)構(gòu)梁來作為轉(zhuǎn)換構(gòu)件，傳力方向更明確，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高層建筑上部荷載的合理化配置，促使上下部分的建筑結(jié)構(gòu)受力更為均衡，使得建筑物不會(huì)因?yàn)楹奢d過于集中而出現(xiàn)變形、坍塌等問題，有效地維護(hù)了建筑物的安全性

一、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)原則

預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換層作為梁式轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換類型之一，其具有自重輕、成本低的優(yōu)勢；但隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用已經(jīng)不能滿足建筑技術(shù)的發(fā)展需要，也不能夠滿足較大承載力的需要。在此發(fā)展背景下，鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換層這一種類型應(yīng)運(yùn)而生，這種類型不僅可以滿足建筑技術(shù)的發(fā)展需要，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展而且還能夠滿足較大承載力的需要，具有廣闊的應(yīng)用空間和發(fā)展前途。鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換層的剛度也更高，且可塑性、耐久性及抗震性均優(yōu)于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，因此未來應(yīng)用前景十分廣闊。高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)需要遵循以下幾個(gè)原則：首先，減少轉(zhuǎn)換。在建筑施工過程中應(yīng)該保持豎向主體結(jié)構(gòu)的持續(xù)性，保證混凝土轉(zhuǎn)換層始終保持上下數(shù)值的結(jié)構(gòu)，減少施工過程中的轉(zhuǎn)換次數(shù)。其次，優(yōu)化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。高層建筑的抗震性能是保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素，高層建筑更要重點(diǎn)關(guān)注其抗震的能力，要從各個(gè)層次加以關(guān)注，保證建筑結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)定性，利用扁梁、支柱等結(jié)構(gòu)工具進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)的建造，使之更符合抗震設(shè)計(jì)的要求，當(dāng)然，這類結(jié)構(gòu)也容易存在柱剪力過大的問題，因此要提高結(jié)構(gòu)在重力荷載條件下的強(qiáng)度與剛度標(biāo)準(zhǔn)。再次，直接傳力。上文中提到高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)要遵循一個(gè)重要原則就是減少轉(zhuǎn)換，尤其是上下主體為豎向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，因?yàn)殚g接付力或多級(jí)轉(zhuǎn)換會(huì)影響到抗震后板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，直接傳力設(shè)計(jì)可以減少復(fù)雜的多級(jí)轉(zhuǎn)換，避免水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)應(yīng)用間接傳力，保證其傳力的穩(wěn)定性。最后，保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的剛度、強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心要素，要保證結(jié)構(gòu)之間的設(shè)計(jì)合理，能夠受力均勻。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）轉(zhuǎn)換大梁設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)換層大梁是非常重要的組成部分，是主要的承重結(jié)構(gòu)，既有來自上部剪力墻的荷載，還要承受柱傳遞的力，因此在對(duì)有梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要詳細(xì)計(jì)算受力情況，合理考慮各類計(jì)算參數(shù)，如剛度、強(qiáng)度、變形等，據(jù)此來設(shè)計(jì)梁的截面形式和面積，進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁構(gòu)造設(shè)計(jì)。托柱形式的轉(zhuǎn)換梁若是對(duì)上部普通框架進(jìn)行承托，可與普通梁的截面同等設(shè)置，若上部是斜桿框架，考慮到軸向拉力作用，需按偏心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)；托墻形式的轉(zhuǎn)換梁在對(duì)上部滿跨墻體進(jìn)行承托，轉(zhuǎn)換梁墻體沒有開洞時(shí)，其破壞形態(tài)、受力特征表現(xiàn)為深梁，需采用截面設(shè)計(jì)、深梁截面設(shè)計(jì)。大梁設(shè)計(jì)時(shí)要少采用單向梁，轉(zhuǎn)換梁與框支柱截面中線宜重合，盡量不要進(jìn)行開洞，否則洞口的位置需設(shè)置在軸和梁中附近，上下弦桿要加設(shè)縱向鋼筋和抗剪箍筋，此外還要保證大梁的配筋率、接頭位置合適、混凝土強(qiáng)度等級(jí)合適，確保轉(zhuǎn)換梁滿足承載力的設(shè)計(jì)要求。

（二）設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層上部框架

對(duì)于轉(zhuǎn)換層上部框架設(shè)計(jì)而言，應(yīng)遵循強(qiáng)柱弱粱的原則，設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保在粱的端末位置存在塑性鉸，其目的在于提升柱梁的安全性。根據(jù)相關(guān)梁式轉(zhuǎn)換層的研究實(shí)驗(yàn)表明，梁式轉(zhuǎn)換層與柱的相連位置通常是極為貧弱的點(diǎn)，較容易產(chǎn)生安全事故，而梁式轉(zhuǎn)換層的受力還存在一定的復(fù)雜性，應(yīng)力相對(duì)較為集中，對(duì)此，設(shè)計(jì)人員在具體的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮框架的受力情況，再給予科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。例如，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層上部框架時(shí)，設(shè)計(jì)人員為了確保設(shè)計(jì)質(zhì)量，應(yīng)充分計(jì)算相關(guān)應(yīng)力。另外，對(duì)于與框架連接的縱向鋼筋的配筋，設(shè)計(jì)人員也應(yīng)給予合理設(shè)計(jì)，提高柱體的穩(wěn)定性，確保上部框架的安全、可靠。具體而言，在抗震等級(jí)為1 級(jí)的情況下，配筋分配的概率應(yīng)大于等于1%；抗震等級(jí)為2 級(jí)情況下，配筋的分配率應(yīng)該為大于等于0.8%；抗震等級(jí)為3 級(jí)時(shí)，配筋率應(yīng)為大于等于0.7%；抗震等級(jí)為4級(jí)時(shí)，配筋率應(yīng)為大于等于0.6%，鋼筋間距應(yīng)在80～200mm 之間。

（三）設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換樓板

以轉(zhuǎn)換層為界限，框支剪力墻在下部與上部具有差異化的內(nèi)力分布特點(diǎn)。在上部樓層系統(tǒng)中，形成的外荷載主要結(jié)合等效剛度按照具體的比例進(jìn)行分配；在下半樓層中，落地型剪力墻與框支柱具有不同的剛度，落地剪力墻集中承受水平剪力，分配荷載時(shí)形成突變。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層樓板時(shí)要考慮到樓板在平面范圍內(nèi)變形幅度大，受力也比較多，因此要使其形成充足的剛度，厚度需超過180mm，采取雙向雙層配置鋼筋的方式，每個(gè)方向每個(gè)樓層的配筋率都應(yīng)高于0.25%，以此達(dá)到剛度設(shè)計(jì)要求。

結(jié)束語

梁式轉(zhuǎn)換層在建筑中應(yīng)用得越來越多，但是其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分的工作是比較復(fù)雜的，設(shè)計(jì)者需結(jié)合設(shè)計(jì)要求實(shí)施設(shè)計(jì)，本文全方位地分析了梁式轉(zhuǎn)換層的重點(diǎn)設(shè)計(jì)事項(xiàng)，同時(shí)分析各個(gè)部分的具體設(shè)計(jì)問題，設(shè)計(jì)者需加深對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層以及多功能型建筑的整體安全性加以保障。