淺談高層建筑厚板轉換層的結構設計

中圖分類號：TU 文獻標識碼：A 文章編號：1008-925X(2011)05-0180-02

摘要：厚板轉換層是高層建筑轉換層結構形式之一。本文首先闡述了厚板轉換層結構的整體計算方法，進而論述了厚板的內力分析，最后闡述了厚板轉換層結構的構造要求，以供參考。

關鍵詞：高層建筑 厚板轉換層 結構設計

1、前言

厚板轉換層是高層建筑轉換層結構形式之一。利用厚板作為轉換構件，可使板下柱網靈活布置，板上結構形式任意。通過板式轉換層，可實現不同樓層間不同功能、任意平面的組合，給建筑師提供了開闊的想象空間，為開發商提供了更多的開發戶型。其特點是轉換板厚度最薄、配筋最省、采用非預應力結構解決了厚板施工普遍存在的裂縫問題，經濟效益顯著。在此，本文就高層建筑厚板轉換層的結構設計進行討論，以期為同類工程提供參考。

2、厚板轉換層結構的整體計算方法

帶厚板轉換層的高層建筑可采用三維空間分析程序(如TBSA，SATWE，TAT等)進行整體結構的內力分析，除應滿足結構整體的位移，變形，抗傾覆，周期等要求外，尚應滿足(JGJ3—2002)《高層建筑混凝土結構技術規程》中的規定：“轉換層上下結構側向剛度比的要求。”

2.1根據(JGJ3—2002)《高層建筑混凝土結構技術規程》中的規定：“抗震設計時，轉換層不宜設置在底盤屋面的上層塔樓內，否則應采取有效的抗震措施；將層2以上、轉換層以下內外筒體的抗震等級提高一級，即按抗震等級二級設計：轉換層以上框架、剪力墻結構抗震等級仍取三級。”

2.2一般，由于轉換層上、下層的剛度相差十分懸殊，為了控制控制轉換層上下層剛度比不至于超過規范限值(規范要求<2)，設計時采取增加下層剪力墻數量及加大剪力墻厚度的措施，基本上做到上、下層剛度比平均值接近2。

3、厚板的內力分析

3.1由于轉換板邊界形狀不規則，荷載分布和支撐條件較為復雜，目前，對厚板的內力分析主要有以下三種方式：1)等效交叉梁的分析，即把轉換板分成雙向交叉梁，而上部柱網落在厚板的交叉梁處，參與結構的整體計算。該計算方法可對厚板的受力情況進行了簡化，但交叉梁的截面大小的取值對內力分析的影響暫無法考慮，易致使分析誤差較大。2)剛性板的簡化計算，即假設厚板平面外的剛度無限大，不產生變形，按剛性層對轉換層及其上、下部結構進行結構計算。該計算方法過于理論化，對建筑的整體多力分析不明確。3)組合單元的分析方法，即對整個結構進行整體有限元分析，該計算結果最精確，但該法對于計算機的要求非常高，而且計算時間長，不便于實際工程的應用。因此，一般，在進行計算時，把厚板劃分為規則的交叉梁系，先用等效交叉梁系代換厚板進行結構的整體分析，再采用板單元、三維實體單元對厚板進行局部應力的有限元分析。

3.2在整體計算時，采用PKPM軟件中的SATWE進行計算。

3.3一般，隨著板厚的增加，轉換層以及轉換層的上、下層的地震作用力增加，當板厚為1400mm(1／5柱距)時，厚板中應力變化不大，當板厚大于或小于這個板厚時，地震變化明顯，即可得出：板厚太薄或太厚對建筑物整體的抗震反應均是不利的。因此，一般情況下，當轉換層上托15層以下時，厚板的厚度可取1／5-1／7的柱距：當轉換層上托15-20層時，板的厚度可取1／4～1／6的柱距：當轉換層上托20層以上時，板的厚度可取1／3～1／5的柱距；當抗震烈度較低或非抗震時，板厚還可適當減薄；當轉換位置往上移時，板厚也可以適當減薄。

3.4厚板轉換時板厚的取值，規范沒有直接給出具體的公式，但是規定厚度可由抗彎、抗剪、抗沖切計算確定，由于抗沖切計算的板厚一般較薄，可在此基礎上先估算厚板的厚度，再按具體工程中板厚取值的結論，與建議對厚板板厚進行整體計算。

3.5厚板應滿足抗彎、抗剪、抗沖切的要求，抗沖切計算除應考慮框支柱對厚板的沖切外，還應考慮厚板上的剪力墻對厚板的沖切。框支柱對厚板的沖切應考慮梁箍筋的作用：厚板上的剪力墻對厚板的沖切通常只考慮混凝土的作用，由板的厚度控制。

4、厚板轉換層結構的構造要求

4.1由于結構厚板轉換層厚度一般較大，即轉換厚板的混凝土強度等級不應小于C30，且應采用水化熱小的水泥，并添加15％左右的粉煤灰以減少施工時混凝土的水化熱，同時還可以適當添加適量的膨脹劑或膨脹纖維，以解決混凝土收縮開裂問題：另外，為增加板的抗裂能力，可在厚板的中部設上、下兩層直徑14@260雙向鋼筋網片，板周邊暗梁按框支梁構造加強，暗梁兩側設直徑14@260腰筋，以加強板邊緣抗扭能力，防止板端頭出現水平及豎向劈裂。

4.2轉換層厚板上、下部的剪力墻，柱的縱向鋼筋均應在轉換厚板內可靠錨固。相鄰層樓板應適當加厚至150mm，相鄰的樓板配筋均應相應地加強，以加強其抵抗破壞、協調變形的能力。

4.3厚板受彎縱向鋼筋可沿轉換板上、下部雙層雙向布置，配筋量以厚板局部有限元分析結果為校核依據，即每層每向縱向鋼筋的總配筋率不宜小于0.6％：轉換板內暗梁抗剪箍筋的面積配筋率不宜小于0.45％：加強部位墻體暗柱及框支柱縱筋配筋率不宜小于1.5％。

4.4根據(GB50010—2002)《混凝土結構設計規范》中的要求，厚板在上部集中力和支坐反力作用下應進行局部承壓和抗沖切承載力驗算，并配置必須的抗沖切鋼筋或彎起鋼筋。

4.5嚴格控制框支柱軸壓比<0.7，提高縱筋配筋率及體積配箍率以提高其強度和延性：軸壓比較大的框支柱內可設置型鋼，以形成型鋼混凝土組合柱，組合柱含型鋼率>4％：實際設計中框支柱軸壓比均<0.6。

4.6嚴格控制剪力墻軸壓比<0.6，提高約束邊緣構件縱筋配筋率及配箍率以提高其強度和延性：落地剪力墻底部加強部位約束邊緣構件宜設置型鋼并上下各伸一層：實際設計中剪力墻軸壓比均<0.5。

4.7結構厚板轉換層上部剪力墻位置加設暗梁，并加設吊筋，以提高板的抗沖切承載力，減少混凝土的收縮變形和溫度應力效應，增強板柱節點的連接性能。實際設計中，暗梁寬度一般取柱寬度(800M000mm)，暗梁主筋為相應柱上板帶上下層非預應力筋，暗梁箍筋為4-6肢Ф12或Ф14，在靠近支座范圍內的箍筋間距均加密。

4.8嚴格控制結構最大位移比≤1.4，以合理增加結構抗扭剛度。

4.9轉換層下部框架梁的應力較大，應適當加大其截面，增大其剛度，并加強配筋。

4.10加強框支柱及其與轉換層厚板的連接非常重要，建議框支柱承擔的剪力大于基底剪力的30％。

4.11樓板開洞處應設邊梁(或暗梁)，角部也可設斜筋等加強措施。

4.12厚板轉換層下一層框支柱均設置柱帽，剪力墻設置類似于柱帽的牛腿，以提高其對厚板的嵌固作用，及提高其抗沖切能力。

5、結束語

綜上所述，厚板轉換層對于滿足建筑功能要求，提高建筑的安全性和綜合經濟效益具有一定優勢，其不受建筑使用功能的限制，柱網可靈活布置，能最大限度的滿足建筑的多樣化布局要求，是一種值得采用的結構型式。實踐證明，在采取合適的構造措施條件下，厚板轉換層結構形式在非抗震和抗震設防7度區應用是可行的。