高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

（中國建筑西南勘察設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610000）

本文選取某一具體工程作為研究對象，這一工程屬于高層商住樓，主要是由兩部分組成，分別為商業(yè)裙樓以及高層塔樓。這一工程地下3層,地上26層。其中地下室層高4.8m,布置設(shè)備用房及公共機動車泊位,地下2層、3層設(shè)六級人防。地上1～3層為商業(yè)用房,層高4.5m,安裝有集中空調(diào)及消防系統(tǒng);第4層為轉(zhuǎn)換層,層高5.7m;4層以上為剪墻結(jié)構(gòu)住宅。住宅除第24層層高為4.2m外,均為3.0m層高。31層以上為機房,室外地坪以上主體高度為98.70m,建筑總高度(至機房頂)103.20m。除此之外，這一工程的地形為緩坡地形，經(jīng)過研究與分析，場地及其附近未有活動斷裂帶或深大的活動斷裂帶通過,場地地層構(gòu)造及地形穩(wěn)定,屬抗震有利地段。本文就結(jié)合這一具體工程隊高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計進行一定程度上的研究與分析。

1 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展趨勢

隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷進步，待轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)必然會適應(yīng)市場需求，尋求新的發(fā)展，主要有以下幾個方面的發(fā)展趨勢：①鋼骨混凝土的廣泛應(yīng)用。對于鋼骨混凝土來說，它有著優(yōu)良的品質(zhì)，尤其表現(xiàn)在高承載力以及高剛度之上。一方面，可以對梁的截面尺寸進行較大程度上的減少；另一方面，鋼骨混凝土本身具有較強的可塑性、耐久性以及抗震性。②鋼骨混凝土具備較高的定位。這樣一來，就可以在很大程度上對支模進行有效的減少，使得施工進程大大加快。目前狀況下，我國的鋼骨混凝土的應(yīng)用仍然較為局限，但在國外，它已經(jīng)得到了人們的肯定。

對于預(yù)應(yīng)力混凝土高層轉(zhuǎn)換層來說，它的應(yīng)用十分廣泛，這主要是由其本身所具備的高性能決定的。它的結(jié)構(gòu)較為合理，在進行施工時能夠帶來諸多的優(yōu)點。比如對截面尺寸進行有效減少、進一步控制裂縫以及撓度，控制工作階段的裂縫寬度及減輕支撐負(fù)擔(dān)等等。因此，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)非常適合于建造承重荷載較大且跨度較大的轉(zhuǎn)換層，且有自重輕，節(jié)省鋼材和混凝土等優(yōu)點。

2 主要結(jié)構(gòu)形式

在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002)中，規(guī)范對轉(zhuǎn)換粱的最小高度和寬度作了很明確的規(guī)定：框支梁截面的寬度不宜大于框支柱相應(yīng)方向的截面寬度且不宜小于其上墻體截面厚度的2倍，且不易小于400mm；當(dāng)梁上有托柱時，不應(yīng)小于梁寬方向的柱截面寬度。進行抗震設(shè)計時，轉(zhuǎn)換梁高不小于其跨度的1/6；非抗震設(shè)計時，轉(zhuǎn)換梁高不小于跨度的1/8。

3 轉(zhuǎn)換層的設(shè)計原則

3.1 轉(zhuǎn)換層的豎向布置

帶有轉(zhuǎn)換的高層結(jié)構(gòu)可根據(jù)其建筑功能和結(jié)構(gòu)傳力的路徑，可以沿高層建筑的高度方向一處或多處靈活布置；也可根據(jù)建筑的使用功能要求，在樓層某些局部布置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換層，可根據(jù)自身的特點作為正常使用樓層，也可作技術(shù)設(shè)備層，在轉(zhuǎn)換層的設(shè)計中應(yīng)確保轉(zhuǎn)換層具有足夠的強度和剛度，保證豎向剛度不能過大。如果對大底盤多塔樓的商住建筑，塔樓的轉(zhuǎn)換層宜設(shè)置在裙房與塔樓的交接樓面處，并加大樓面轉(zhuǎn)換梁、板的尺寸和厚度，目的是和上下樓層的剛度保持接近，以避免中間出現(xiàn)剛度特別小的樓層，進而地震對高層建筑的危害。若對部分框支剪力墻的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是，應(yīng)特別注意轉(zhuǎn)換層的設(shè)置位置，根據(jù)《高層建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定7度區(qū)不宜超過第5層，8度區(qū)不宜超過第3層。如果轉(zhuǎn)換層位置超過上述規(guī)定時，應(yīng)作專門研究并采取有效措施。

3.2 高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置

實驗研究證明，底部的轉(zhuǎn)換層設(shè)置的越高，轉(zhuǎn)換層所在層上、下層剛度的變化也就越大，在荷載的作用下轉(zhuǎn)換層上、下層內(nèi)力傳遞途徑的突變就越明顯；除此之外，高層建筑轉(zhuǎn)換層的位置越高，落地剪力墻因受彎也就更加容易出現(xiàn)裂縫，從而使框支柱的內(nèi)力增大，造成轉(zhuǎn)換層附近上部墻體易于破壞?？偠灾?，高層建筑轉(zhuǎn)換層位置越高對建筑的抗震越不利。對于底部帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)而言，轉(zhuǎn)換層上部的部分豎向構(gòu)件（如：柱、剪力墻等）久不能直接連續(xù)貫通落地，因此，這就要求建筑結(jié)構(gòu)師在設(shè)計是必須設(shè)置具有更加安全可靠的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。如果僅根據(jù)按現(xiàn)有的工程經(jīng)驗和理論結(jié)果，轉(zhuǎn)換構(gòu)件宜采用轉(zhuǎn)換大梁、斜撐、箱形結(jié)構(gòu)以及厚板等形式。對于帶有大空間地下室的高層結(jié)構(gòu)，因周圍對整個建筑物有約束作用，地震反應(yīng)小于地面以上的框支結(jié)構(gòu)，故7、8度抗震設(shè)計時的地下室可采用厚板轉(zhuǎn)換層。

3.3 抗震等級

對于一般工程來說，其轉(zhuǎn)換層以下為框架--剪力墻結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層以上為純剪力墻結(jié)構(gòu),是多種結(jié)構(gòu)形式共存的復(fù)雜高層建筑,因而不能像單純的框架結(jié)構(gòu)或者剪力墻結(jié)構(gòu)那樣籠統(tǒng)地確定抗震等級,而應(yīng)該嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范的不同章節(jié),有針對性地分別確定結(jié)構(gòu)體系各部位不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級。該工程屬框支剪力墻,高度98.7m,6度設(shè)防,框支框架等級為二級,剪力墻底部加強部位為二級,非底部加強部位剪力墻為三級;由于工程轉(zhuǎn)換層設(shè)在建筑4層樓面,屬于高位轉(zhuǎn)換,根據(jù)5高規(guī)6中對復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特別規(guī)定,當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置設(shè)在三層及三層以上時,其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級。故該工程框支柱應(yīng)定為一級,剪力墻底部加強部位定為一級。

4 高層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的抗震設(shè)計

4.1 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計與構(gòu)造

由框支主梁承托轉(zhuǎn)換層的次梁及次梁上的剪力墻，其受力比較復(fù)雜?？蛑е撼惺芷渖喜考袅Φ淖饔猛?，還需要承受梁傳下來的剪力，扭矩和彎矩，因此，主梁是最容易遭到破壞的。如果對建筑有嚴(yán)格抗震設(shè)防要求時，為了改善結(jié)構(gòu)整體的傳力途徑和受力性能，提高建筑的抗震能力，所有在對結(jié)構(gòu)平面布置時，可以將一部分剪力墻落地，與基礎(chǔ)相連，使其與框支剪力墻形成一個整體受力體系。

4.2 高層轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計與構(gòu)造要求

在對轉(zhuǎn)換梁截面尺寸設(shè)計時，是要根據(jù)剪壓比的計算結(jié)果確定的，通常轉(zhuǎn)換梁上不宜開洞，若必須開洞是，洞口的尺寸不能過大，且宜位于梁中和軸附近，還需對洞口做加強措施，以增強局部抗剪能力。如果洞口四周的內(nèi)力較大時，可采用型鋼給予加強。規(guī)范規(guī)定轉(zhuǎn)換梁用的混凝土強度等級不應(yīng)低于C30。轉(zhuǎn)換梁主筋在非抗震或6度設(shè)防時的最小配筋率是不低于0.3%且轉(zhuǎn)換梁中主筋不宜有接頭。

4.3 框支柱的設(shè)計與構(gòu)造要求

框支柱截面尺寸也是根據(jù)其軸壓比的計算確定的。但在地震作用時框支柱的內(nèi)力需進行調(diào)整：抗震設(shè)計時，框支柱的柱頂彎矩要乘以相應(yīng)的放大系數(shù)，并按放大后的彎矩設(shè)計值進行配筋。根據(jù)最新規(guī)范要求，框支柱全部縱向鋼筋配筋率，一級抗震時不小于1.2%，二級時不小于1.O%，三級時不小于0.9%、四級及非抗震設(shè)計時不小于0.8%?？v向鋼筋間距抗震設(shè)計時不大于200mm，且不小于80mm，全部縱向鋼筋配筋率不宜大于4%。

4.4 轉(zhuǎn)換梁的截面設(shè)計方法

當(dāng)前普遍應(yīng)用的是應(yīng)力截面設(shè)計方法。對轉(zhuǎn)換梁進行有限元分析，根據(jù)有限元法分析后的應(yīng)力大小及其分布規(guī)律進行截面的配筋計算，但在進行有限元分析前要假定不考慮混凝土的抗拉作用，因此拉力全部由鋼筋承擔(dān)。受壓區(qū)混凝土的強度達到軸心抗壓強度設(shè)計值的同時鋼筋也達到屈服強度。

結(jié)語

本文主要針對高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要點進行研究與分析。首先，對高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展趨勢以及主要結(jié)構(gòu)形式進行一定程度上的闡述，并在此基礎(chǔ)之上，介紹了轉(zhuǎn)換層的設(shè)計原則。然后，從梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計與構(gòu)造、高層轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計與構(gòu)造要求、框支柱的設(shè)計與構(gòu)造要求、轉(zhuǎn)換梁的截面設(shè)計方法四個角度分析了高層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的抗震設(shè)計。希望我們的研究能夠給讀者提供參考并帶來幫助。

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