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)分析

楊坤杰

摘要：近年來(lái)，隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多高層建筑出現(xiàn)，但是高層建筑對(duì)技術(shù)要求很高，傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足高層建筑功能的需要。為此，采用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可以提升高層建筑功能轉(zhuǎn)化效率，是一種專門(mén)應(yīng)用于高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的形式。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);梁式轉(zhuǎn)換層;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

1轉(zhuǎn)換層的類型和特點(diǎn)

轉(zhuǎn)換層可以根據(jù)建筑的功能分為以下幾種結(jié)構(gòu)：第一種，梁式轉(zhuǎn)換層，該結(jié)構(gòu)主要被用在底部大空間的框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)⑸喜考袅D(zhuǎn)換為下部框架結(jié)構(gòu)，從而形成不落地的剪力墻。在需要橫縱向同時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)采用雙向梁布置，該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工相對(duì)簡(jiǎn)單且傳力結(jié)構(gòu)明確，在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。第二種，箱式轉(zhuǎn)換層，該結(jié)構(gòu)主要被應(yīng)用在轉(zhuǎn)換梁截面較大的情況中，在轉(zhuǎn)換梁的梁頂和梁底部同時(shí)設(shè)置一層樓板形成一個(gè)箱形梁，該結(jié)構(gòu)可以全層轉(zhuǎn)換布置，具有約束性強(qiáng)、剛度大、整體效果好、上下部結(jié)構(gòu)均勻的優(yōu)勢(shì)，但是該結(jié)構(gòu)需要開(kāi)大量的設(shè)備洞，施工相對(duì)復(fù)雜且總體成本較大。第三種，厚板式轉(zhuǎn)換層，該結(jié)構(gòu)主要被應(yīng)用在上下柱網(wǎng)錯(cuò)位較多且無(wú)法用梁體直接承托的情況下，板式轉(zhuǎn)換層的厚度可以結(jié)合柱網(wǎng)的實(shí)際尺寸和上下部結(jié)構(gòu)的荷載情況來(lái)確定，該結(jié)構(gòu)具有下部柱網(wǎng)布置較為靈活、厚板剛度較大、整體性好、施工簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，但由于厚板自身有較大的重力，地震作用大容易在地震時(shí)產(chǎn)生自我破壞，且對(duì)材料的用量較大，整體成本較多。

2梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式研究

轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)不僅受建筑物的受力形式、上部結(jié)構(gòu)的大小和形式的影響，還受轉(zhuǎn)換梁的位置和上下樓層剛度的影響。在分析轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)跨度、功能和墻形式可分為以下類型：①根據(jù)不同轉(zhuǎn)換層的跨度數(shù)量，可以分為單跨，雙跨和多跨結(jié)構(gòu);②根據(jù)轉(zhuǎn)換梁的功能不同，可將其細(xì)分為支撐墻和支撐柱結(jié)構(gòu);③根據(jù)轉(zhuǎn)換層上部形式的不同，可將其細(xì)分為滿跨和不滿跨兩種形式，同時(shí)還包含開(kāi)洞、不開(kāi)洞等諸多的結(jié)構(gòu)形式。

3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)

3.1框支柱設(shè)計(jì)

軸壓比和剪壓比決定了框支柱的截面尺寸，為了使框支柱有更高的延性就必須控制軸壓比。對(duì)于建筑工程的框支柱而言，其抗震等級(jí)是一級(jí)，所以軸壓比的設(shè)置不能超過(guò)0.6。其次，柱截面的延性還和配箍率有很大的關(guān)系，所以框支柱的配箍率一般比普通框架柱的大，箍筋需要加密且不能低于1.5%。在建筑工程中，對(duì)于既做框支柱又沖淡剪力墻端柱的還要求約束邊緣構(gòu)件配箍特征值不可低于0.2?？蛑е鳛榻ㄖこ塘菏睫D(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件之一，必須保證其質(zhì)量和安全性，所以要求每一層承受剪力的和應(yīng)是基底剪力的30%左右。在計(jì)算時(shí)若樓板的剛度無(wú)限大，則需要對(duì)水平剪力進(jìn)行豎向的構(gòu)件剛度分配工作，該過(guò)程中要保障底部的剪力墻剛度大于框支柱的剛度，避免剪力下降等施工問(wèn)題發(fā)生。在框支柱設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以進(jìn)一步強(qiáng)化轉(zhuǎn)換層的上下連接，避免框支柱剪力過(guò)大導(dǎo)致的施工問(wèn)題發(fā)生。施工企業(yè)可將框支柱的上部墻體范圍中的縱筋伸入到上部墻體內(nèi)，其他縱筋則應(yīng)該水平錨入到轉(zhuǎn)換層的梁板中。

3.2抗震設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)換層位置越高，此結(jié)構(gòu)的抗震性越差。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要保證轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)剛度滿足有關(guān)硬件標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)轉(zhuǎn)換梁材料、高度、構(gòu)件等進(jìn)行規(guī)范化布置，進(jìn)而提升結(jié)構(gòu)抗震性質(zhì)。具體設(shè)計(jì)要求應(yīng)包含以下內(nèi)容：首先，轉(zhuǎn)換梁高度需要高于其跨度的20%，材料主要是高性能混凝土材料。其次，如果建筑底部的空間大，框支剪力墻結(jié)構(gòu)層數(shù)應(yīng)大于6層，依據(jù)建筑物的抗震等級(jí)科學(xué)調(diào)整轉(zhuǎn)換層高度。比如，對(duì)于9度的抗震設(shè)防烈度，不能在建筑中應(yīng)用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。最后，應(yīng)用轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)于剪力墻和轉(zhuǎn)換柱，需要依據(jù)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行施工布置，確保二者對(duì)稱性，將剪力墻布置在轉(zhuǎn)換柱中間。同時(shí)，盡量減少豎向轉(zhuǎn)換構(gòu)件的應(yīng)用，否則會(huì)對(duì)功能轉(zhuǎn)化效率產(chǎn)生影響，增加轉(zhuǎn)換構(gòu)件的數(shù)量，產(chǎn)生一定的安全隱患。

3.3梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，一定要協(xié)調(diào)好梁和梁之間的位置以及承受的壓力。只有位置合理，才會(huì)為梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的安穩(wěn)打下基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的安穩(wěn)，才能保證建筑工程的質(zhì)量。在設(shè)計(jì)梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)，一定要注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)的承受能力，下部承受的強(qiáng)度比較大，一定要有承受的能力。同時(shí)要注意結(jié)構(gòu)墻的受力情況，一定要保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)樓板要鋪設(shè)合理，使結(jié)構(gòu)墻受力均勻，提高轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的承受強(qiáng)度。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)使用的材料，也要選取有抗震能力的混凝土，基本保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)質(zhì)量。梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員一定在設(shè)計(jì)前對(duì)建筑工程有一定的了解，并且實(shí)地勘察，這樣在設(shè)計(jì)時(shí)，才會(huì)將轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、科學(xué)。

3.4鋼管支撐架

在進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁的施工時(shí)，由于支撐系統(tǒng)的布置較為密集，通常采用鋼管支撐架。此外，如果轉(zhuǎn)換層上層結(jié)構(gòu)的自重不強(qiáng)，并且施工荷載不大的情況下，也可以利用鋼管支撐架進(jìn)行施工。另外，如果轉(zhuǎn)換層采用的是板式結(jié)構(gòu)，施工時(shí)通常用到鋼管支撐架。具體施工期間，立桿間距通常控制在600mm×600mm之內(nèi)。剪刀撐與立桿錯(cuò)開(kāi)布置，間距1.2m。搭設(shè)時(shí)要注意各桿件相交伸出的端頭均應(yīng)大于100mm，以防桿件滑脫?？奂Q緊力矩必須控制在65～80N·m之間。對(duì)于轉(zhuǎn)換梁下為板的情況，因下層樓板不能承受每一次澆筑梁的施工荷載。因此下面鋼管架盡量增加斜撐，使傳到板的荷載向主次梁傳遞。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁剛開(kāi)始搭設(shè)時(shí)，由于連墻件還未設(shè)置，為確保轉(zhuǎn)換梁的穩(wěn)定性，應(yīng)每間隔幾跨（多為6跨）設(shè)置一根拋撐，即用一根斜鋼管，一端用旋轉(zhuǎn)扣件連接在立桿上，另一端斜撐在地面上，起支撐的作用，直至連墻件安裝穩(wěn)定后，方可根據(jù)情況拆除。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可以使高層建筑的受力狀態(tài)更加協(xié)調(diào)。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)在施工中的方便性，梁式轉(zhuǎn)換層在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中得到了人們的認(rèn)同，廣泛應(yīng)用于高層建筑中。在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于帶有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高程建筑，在進(jìn)行梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)受到諸多因素的干擾而可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，所以為保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和具體情況相符，應(yīng)盡量遵循布置規(guī)則、均勻、對(duì)稱的原則，盡量使橫縱向布局和上下剛度靠攏，注意對(duì)特殊構(gòu)件，如框支柱和框支梁的設(shè)計(jì)優(yōu)化。此外，考慮到轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜且工程量很大，需要將概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，注意在充分掌握相關(guān)原理、數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上再使用合適的設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)效果。

參考文獻(xiàn)：

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