高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

陸軍偉

（河北 石家莊 050200）

一、梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

（一）梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

實際工程中應(yīng)用的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)有多種形式，主要原理就是利用下部的轉(zhuǎn)換大梁來支托上部結(jié)構(gòu)。

（二）梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)受力機(jī)理分析

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的傳力途徑為墻—梁—柱(墻)的形式，傳力直接，便于分析計算。轉(zhuǎn)換大梁的受力主要受上部剪力墻剛度、剪力墻與轉(zhuǎn)換大梁的相對剛度和轉(zhuǎn)換大梁與下部支撐結(jié)構(gòu)的相對剛度影響。從計算分析不論轉(zhuǎn)換大梁上部墻體的形式如何，只要墻體有一定長度，轉(zhuǎn)換大梁中的彎矩就會比不考慮上部墻體作用要小，同時轉(zhuǎn)換大梁也會有一段范圍出現(xiàn)受拉區(qū)。主要原因：1.由于轉(zhuǎn)換大梁處于結(jié)構(gòu)整體彎曲的受拉區(qū)，應(yīng)力積分后在轉(zhuǎn)換大梁中就會出現(xiàn)軸向拉力；2.由于上部墻體豎向力作用于轉(zhuǎn)換大梁時形成了拱的傳力方式，這樣豎向力轉(zhuǎn)變成斜向力作用于轉(zhuǎn)換大梁，從而在轉(zhuǎn)換大梁跨中出現(xiàn)拉力，支座出現(xiàn)軸向壓力的情況。

二、梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

（一）結(jié)構(gòu)豎向布置

高層建筑的側(cè)向剛度宜下大上小，且應(yīng)避免剛度突變。然而帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)顯然有悖于此，屬于“高位轉(zhuǎn)換”。轉(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比宜接近于1，不應(yīng)大于1.3。在設(shè)計過程中，應(yīng)把握的原則歸納起來，就是要強(qiáng)化下部，弱化上部?？梢圆捎玫姆椒ㄓ幸韵聨追N：

1.與建筑專業(yè)協(xié)商，使盡可能多的剪力墻落地，必要時甚至可在底部增設(shè)部分剪力墻(不伸上去)。除核心筒部分剪力墻在底部必須設(shè)置外，還與建筑專業(yè)協(xié)商后，讓兩側(cè)各有一片剪力墻落地，這些無疑都大大增強(qiáng)了底部剛度。

2.加大底部剪力墻厚度。轉(zhuǎn)換層以下剪力墻中，核心筒部分的厚度取為600mm，其余部分的厚度取為400mm。

3.底部剪力墻盡量不開洞或開小洞，以免剛度削弱太大。

4.提高底部柱、墻混凝土強(qiáng)度等級，采用C50混凝土(框支柱采用C50混凝土)。

5.適當(dāng)減少轉(zhuǎn)換層上部剪力墻數(shù)目，控制剪力墻厚度，并可在某些較長剪力墻中部開結(jié)構(gòu)洞(結(jié)構(gòu)施工完畢后再用填充墻填實)，以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利，還可減輕建筑物重量，減小框支梁承受的荷載；增大結(jié)構(gòu)自振周期，減小地震作用力。工程綜合采用上述幾種方法后，轉(zhuǎn)換層上下剛度比在X方向為0.725，在Y方向為0.813，滿足規(guī)范要求，效果良好。雖然上下部剛度比滿足要求，但畢竟工程仍屬于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層及其下各層為結(jié)構(gòu)薄弱層，因而應(yīng)將該兩層的地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)。

（二）結(jié)構(gòu)平面布局

工程底部為框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，體型簡單、規(guī)則；上部為純剪力墻結(jié)構(gòu)。在剪力墻平面布置上，東西向完全對稱，南北向質(zhì)量中心與剛度中心偏差不超過2m，結(jié)構(gòu)偏心率較小。除核心筒外，其余剪力墻布置分散、均勻；且盡量沿周邊布置，以增強(qiáng)抗扭效果。查閱計算結(jié)果，扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.85，各層最大水平位移與層間位移比值不大于1.3，均滿足平面布置及控制扭轉(zhuǎn)的要求。可見工程平面布局規(guī)則合理，抗扭效果良好。

（三）轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計

1.轉(zhuǎn)換柱

在進(jìn)行梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，需要對轉(zhuǎn)換柱的軸壓比進(jìn)行很好的控制，主要是為使結(jié)構(gòu)能夠具備非常好的延性。這主要是從抗震的層面上考慮的，假設(shè)該高層建筑在一級抗震的要求下進(jìn)行設(shè)計，需要將軸壓比控制在0.6，假設(shè)該高層建筑在二級抗震的要求下進(jìn)行設(shè)計，需要將軸壓比控制在0.7。

2.樓板

由于整個建筑的剪力大部分都在建筑的下部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層樓面所受到的力非常的大。因此，需要對樓面進(jìn)行加厚，這樣有利于剪力的重新分配，另外，值得注意的是，轉(zhuǎn)換層的樓板不能夠有太大的開洞，并且開洞時應(yīng)該在洞口的周圍設(shè)置暗梁，還應(yīng)該將開洞的位置盡量的遠(yuǎn)離外側(cè)邊，如果需要設(shè)計電梯的話，那么在電梯間應(yīng)該用鋼筋混凝土墻圍成一個筒體。

3.轉(zhuǎn)換梁

在進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁設(shè)計的時候，考慮到轉(zhuǎn)換梁的受力非常的復(fù)雜，轉(zhuǎn)換梁是上層和下層荷載的主要傳輸樞紐，因此，在實際設(shè)計的時候，應(yīng)該設(shè)計足夠多的儲備，減少轉(zhuǎn)換梁的受力程度。在豎向荷載的作用下，轉(zhuǎn)換梁的梁端往往是最先受到破壞的，因此應(yīng)該對其構(gòu)造進(jìn)行不斷的加強(qiáng)。

三、計算要求

（一）轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計

梁式轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計大致分成兩部分：第一部分，轉(zhuǎn)換層大梁是柱傳下來的豎向荷載或者是承托建筑結(jié)構(gòu)上部剪力墻的重要組成構(gòu)件，其本身的受力比較大，也是做為整個建筑結(jié)構(gòu)抗震安全的重要部位；第二部分，轉(zhuǎn)換層的樓板需要將建筑結(jié)構(gòu)上層的水平剪力傳遞給下層的抗剪結(jié)構(gòu)中去，其本身所承受的平面內(nèi)剪力就比較大，而且還承受著一部分的豎向荷載，所以，必須要求建筑樓板有著足夠的剛度和強(qiáng)度。我們在實際的設(shè)計當(dāng)中，一半是采用三維空間的分析程序，技術(shù)要求非常高，并且轉(zhuǎn)換大梁設(shè)計在整個的建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中都有著重要的作用，應(yīng)該引起高度的重視。

（二）分析計算轉(zhuǎn)換層

建筑整體結(jié)構(gòu)計算完畢之后，還應(yīng)該對轉(zhuǎn)換層采取平面有限元計算，并且對局部的應(yīng)力進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充計算。在實施局部計算分析的時候，應(yīng)該考慮轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)樓層房蓋的平面內(nèi)剛度的影響，以及上下樓層能否進(jìn)入局部的計算模式中進(jìn)行計算，我們還需要注意實際結(jié)構(gòu)的三維空間盒子的效應(yīng)，以及符合實際操作的情況下進(jìn)行正確的計算模型。實踐得出，框支剪力墻計算非常的復(fù)雜，其下部許多跟柱與上部的剪力墻是相連接的，假如這樣的連接存在著不當(dāng)連接，那么極有可能出現(xiàn)較大的計算誤差。建筑空間的分析程序主要是以梁柱做為基本元素，而對底部框支剪力墻進(jìn)行分析的時候，是以剪力墻做為柱的基本元素而考慮的。