關(guān)于高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

許凱龍

【摘要】梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用不僅可以完全展現(xiàn)高層建筑設(shè)計(jì)的靈活性，同時(shí)也讓高層建筑的施工變得更加便捷，這對(duì)于提升高層建筑性能和節(jié)約施工成本都十分有利。本文就高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，希望可以對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用和高層建筑的良好發(fā)展有所幫助。

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

【中圖分類號(hào)】TU2

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1671-3362（2020）11-0072-02

1.梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的主要功能分析

在高層建筑的建設(shè)過程中，建筑上部結(jié)構(gòu)受力部件的密度會(huì)隨樓層高度而下降，因此建筑結(jié)構(gòu)整體容易出現(xiàn)上疏下密的情況，致使高層建筑上下結(jié)構(gòu)受力不均和應(yīng)力過度集中[1]。針對(duì)上述狀況，我們將梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)應(yīng)用到高層建筑中，將建筑上部的應(yīng)力傳遞到下部，保障建筑上下部均勻受力，有利于提升高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。

2.梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則分析

2.1保障構(gòu)件對(duì)稱

對(duì)稱的建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)不對(duì)稱的建筑構(gòu)件穩(wěn)定性更佳，所以在設(shè)計(jì)梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)于關(guān)鍵性的構(gòu)件，一定要注重其布局的對(duì)稱性。比如，對(duì)稱放置轉(zhuǎn)換柱和剪力墻等裝置，可以保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，提升其抗震性能。

2.2合理布置豎向構(gòu)件

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中有很多橫向構(gòu)件和豎向構(gòu)件，在實(shí)際的應(yīng)用時(shí)，過多的應(yīng)用豎向構(gòu)件會(huì)影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低高層建筑的抗震性能。所以設(shè)計(jì)梁式轉(zhuǎn)換層時(shí)，一定要注重豎向構(gòu)件的合理布置。

2.3合理設(shè)置結(jié)構(gòu)位置

在高層建筑中，如果梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得比較高，就會(huì)對(duì)周圍的剪力墻產(chǎn)生很大的影響，降低其抗震性，所以在具體的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該對(duì)其軸向變形剛度、彎曲剛度以及剪切剛度進(jìn)行合理分析，控制好梁式轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的剛度，并嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)換層和落地剪力墻之間的距離。

3.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的具體設(shè)計(jì)分析

3.1截面的設(shè)計(jì)和構(gòu)造

在進(jìn)行梁式轉(zhuǎn)換層的截面設(shè)計(jì)之前，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)該對(duì)梁的受力性能和梁式轉(zhuǎn)換層的受力形式進(jìn)行全面分析，在轉(zhuǎn)換梁截面的設(shè)計(jì)中，主要的設(shè)計(jì)形式有兩種，其一是柱型設(shè)計(jì)，其二是托墻型設(shè)計(jì)。

在應(yīng)用柱型設(shè)計(jì)法進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)中，截面尺寸需按照剪壓比進(jìn)行計(jì)算，這樣就可以避免脆性破壞的情況出現(xiàn)。截面的配箍率一定要合適，且在轉(zhuǎn)換梁中不能出現(xiàn)接頭。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該盡量不要在轉(zhuǎn)換梁上開洞，如果一定要開洞，應(yīng)該在梁的中間或軸的附近開洞，并在洞口和下弦桿用箍筋加密，這樣才可以保障整體結(jié)構(gòu)的抗剪能力，如果洞口有著較大的內(nèi)力，應(yīng)該通過型鋼構(gòu)件來加強(qiáng)處理。在對(duì)框架轉(zhuǎn)換梁中部軸向拉力進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算的時(shí)候，不能應(yīng)用普通梁的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，而是應(yīng)該適當(dāng)增加一些縱筋的配筋量。

在應(yīng)用托墻型設(shè)計(jì)法進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)中，如果轉(zhuǎn)換梁的上部需要承載墻體，并且墻體滿跨沒有預(yù)留口，這時(shí)候的轉(zhuǎn)換梁就和其上部的墻體共同組成一個(gè)整體，并發(fā)揮出共同的作用，在受到外力影響的時(shí)候或者是遭到破壞的時(shí)候，這個(gè)整體結(jié)構(gòu)就會(huì)呈現(xiàn)深梁的形態(tài)。所以，在對(duì)轉(zhuǎn)換梁的截面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以通過應(yīng)力截面的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以通過深梁截面的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)轉(zhuǎn)換梁配筋進(jìn)行計(jì)算，并將其適當(dāng)分配在全梁高上。如果這時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換梁跨中的內(nèi)力較大，就應(yīng)該對(duì)轉(zhuǎn)換梁底部的縱向鋼筋進(jìn)行檢查，保障縱向鋼筋不出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，或者是直接將其截?cái)啵缓笕可钊氲搅褐ё畠?nèi)。

3.2轉(zhuǎn)換層的分析和計(jì)算

在高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)過程中，要想有效提升局部受力情況的補(bǔ)充計(jì)算效果，提升局部受力分析的科學(xué)性和有效性，就應(yīng)該做好轉(zhuǎn)換層的分析和計(jì)算。在具體的分析與計(jì)算過程中，可以應(yīng)用平面有限元分析法對(duì)數(shù)據(jù)之間的影響進(jìn)行分析和研究。在此過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)平面內(nèi)的剛度影響因素做到科學(xué)控制，根據(jù)樓面的需求和內(nèi)部的實(shí)際情況來進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層的分析與計(jì)算過程中，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該構(gòu)建一個(gè)樓層平面剛度的三維空間模型，通過模型數(shù)據(jù)來控制轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)。因?yàn)榭蚣苤渭袅Φ挠?jì)算十分復(fù)雜，一旦連接不到位，在計(jì)算過程中就很容易出現(xiàn)誤差，進(jìn)而影響整體的分析結(jié)果，基于這一情況，在建立空間分析的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該以梁柱和剪力墻作為基礎(chǔ)，建立起底部框架支撐剪力墻的分析過程，并建立相應(yīng)的研究模型，以確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。以下是通過SATWE軟件和ETABS軟件對(duì)某高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的計(jì)算結(jié)果如表1。

3.3抗震設(shè)計(jì)

高層建筑工程中梁式轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用，會(huì)對(duì)建筑高度方向的均勻性和剛度產(chǎn)生一定的影響，如果轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)豎直方向的構(gòu)件不連續(xù)，或者是出現(xiàn)柱截面和墻截面突變的情況，就會(huì)降低其豎直方向的承載力，同時(shí)，整體結(jié)構(gòu)的傳力路線也會(huì)發(fā)生曲折，降低整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。因此，在對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)三層和三層以上的梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，提升框支柱和剪力墻底部加強(qiáng)位置的抗震等級(jí)，在抗震等級(jí)達(dá)到了最高級(jí)別的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員需要通過提升構(gòu)件抗震性的方法來提升整體結(jié)構(gòu)的抗震效果。對(duì)于底部的轉(zhuǎn)換層框架、密柱式外圍的筒中筒結(jié)構(gòu)以及核心筒結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)的過程中并不需要提升抗震等級(jí)。但是在進(jìn)行八度抗震設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該充分分析豎向的地震作用對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)而讓整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到良好的抗震效果。

某建筑的總高度是91.5m，其中1層和2層是裙樓，1層的高度是6.0m，用于架空層與管理用房;2層的高度是4.5m，用于商業(yè)開發(fā)鋪面;3層到29層都屬于標(biāo)準(zhǔn)層，高度是3.0m，均是住宅。地下部分為設(shè)備用房與地下車庫(kù)，每一層的高度都是3.5m。其抗震參數(shù)如表2。

3.4大梁設(shè)計(jì)

在梁式轉(zhuǎn)換層中，轉(zhuǎn)換層的樓板可以將上一層結(jié)構(gòu)中所產(chǎn)生的水平剪力向下一層的抗剪結(jié)構(gòu)中進(jìn)行傳遞，轉(zhuǎn)換層不僅需要承受水平面內(nèi)很大的剪力，也要承擔(dān)一些豎直方向的力，因此，要想保障轉(zhuǎn)換層的承受能力，轉(zhuǎn)換層就應(yīng)該具備足夠的強(qiáng)度和剛度。在轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用過程中，最重要的承重部分就是轉(zhuǎn)換層的大梁，它不僅需要承托起上部剪力墻施加水平方向的力，也需要承托起剪力柱施加的豎直方向的力，大梁自身有著很大的受力負(fù)荷，這對(duì)于整體結(jié)構(gòu)的抗震效果也有著關(guān)鍵性作用。因此，在對(duì)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注重對(duì)大梁的設(shè)計(jì)。

3.5樓板設(shè)計(jì)

在高層建筑的轉(zhuǎn)換層中，樓板可以對(duì)上層和下層的剪力進(jìn)行傳遞，在樓板的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)剪應(yīng)力對(duì)其強(qiáng)度和剛度進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才可以有效避免樓板在剪應(yīng)力作用下出現(xiàn)變形、開裂等的情況。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，高層建筑轉(zhuǎn)換層的樓板最小截面要大于180mm，在板面和板底之間進(jìn)行雙向配筋，用鋼筋在樓板周邊或者是墻體上進(jìn)行固定。在設(shè)計(jì)的過程中，樓板不要出現(xiàn)錯(cuò)層，落地剪力墻和筒體的部位不可以開洞，保障樓板的整體性。如必須在樓板上開洞，則可以在樓板的邊緣處開洞，或者是在洞口的周邊設(shè)置邊梁，以此來提升樓板剛度。邊梁厚度應(yīng)該為樓板厚度的兩倍，并采用機(jī)械焊接的方式將鋼筋接頭焊接起來。提升梁式轉(zhuǎn)換層樓板的強(qiáng)度和剛度，增加其承重能力，提高整個(gè)建筑的穩(wěn)定性。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，將梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)應(yīng)用到高層建筑的施工中，可以進(jìn)一步提升建筑的安全性和穩(wěn)定性。因此，在梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用過程中，設(shè)計(jì)人員一定要通過科學(xué)合理的方法對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，提升高層建筑的建設(shè)質(zhì)量，滿足對(duì)高層建筑的需求，推動(dòng)建筑行業(yè)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]陳仕廣.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2019（27）：45.

（作者單位：廣東省重工建筑設(shè)計(jì)院有限公司）