高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計原理及其應(yīng)用

嚴(yán)偉偉

【摘要】梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的應(yīng)用十分廣泛，在實際設(shè)計中應(yīng)當(dāng)盡可能的減少高層建筑的豎向構(gòu)件，并且實現(xiàn)轉(zhuǎn)換柱和剪力墻的對稱布置，同時，合理控制轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)位置高度。此外，保證梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)剛度也很重要。本文對此進(jìn)行了分析研究。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)；設(shè)計；原理；應(yīng)用

梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的應(yīng)用十分廣泛，它不僅傳力模式簡單、直接、明確，在實際工程應(yīng)用中對于設(shè)計、計算、分析也較為明晰，在施工中也比較容易實現(xiàn)。對于梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計原理及具體應(yīng)用有詳盡的分析將能夠幫助這種結(jié)構(gòu)更好的在實際工程中發(fā)揮效用。

一、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

1. 減少高層建筑的豎向構(gòu)件

在高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先需要遵循的原則便是建設(shè)高層建筑中的豎向構(gòu)件。豎向構(gòu)件的數(shù)量越多，可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換的功能結(jié)構(gòu)相對就會越少，這會直接影響梁式轉(zhuǎn)換層的剛度，會對于建筑體的抗震性與穩(wěn)定性帶來直接的影響，甚至?xí)粝掳踩[患。高層建筑的轉(zhuǎn)換層可以根據(jù)建筑體的結(jié)構(gòu)特征以及功能特性進(jìn)行合適的布設(shè)，這樣才能夠保障建筑體的安全性與穩(wěn)定性。

2. 對稱布置轉(zhuǎn)換柱和剪力墻

想要保障梁式轉(zhuǎn)換層的安全與穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換柱與剪力墻間的位置布設(shè)非常重要。最合理的便是采取轉(zhuǎn)換柱與剪力墻的對稱布置，以這種方式能夠極大的保障梁式轉(zhuǎn)換層的穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)換柱最好處于轉(zhuǎn)換梁正中的位置，這樣當(dāng)轉(zhuǎn)換梁發(fā)生形變時，不至于對于轉(zhuǎn)換柱構(gòu)成太大影響，梁式轉(zhuǎn)換層的穩(wěn)定性仍然能夠有所保障。

3. 保證梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)剛度

梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)剛度是保障轉(zhuǎn)換層抗震性與穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，這一點必須得到保證。梁式轉(zhuǎn)換層在施工時必須選擇性能最佳的混凝土，這樣才能夠讓轉(zhuǎn)換層更好的實現(xiàn)轉(zhuǎn)換作用。此外，對于轉(zhuǎn)換柱和剪力墻在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時也要充分考慮二者的受力情況，只有科學(xué)合理的設(shè)計才能夠使整個結(jié)構(gòu)具備良好的穩(wěn)定性，這也是建筑體抗震性能的保障所在。

4. 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)位置不能過高

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的位置一定要合理，不能過高，否則轉(zhuǎn)換層的受力會過大，很容易形成安全隱患。轉(zhuǎn)換層的位置高度必須控制在合理的范疇內(nèi)，其高度一旦超過建筑體的標(biāo)準(zhǔn)，整個轉(zhuǎn)換層的剛度會直接降低，轉(zhuǎn)換梁與轉(zhuǎn)換柱的受力也會增大，這就很容易產(chǎn)生超筋以及形變問題，甚至?xí)绊懡ㄖw的抗震性能。因此，轉(zhuǎn)換層的高度一定要控制在合理的范疇內(nèi)，這樣才能夠保障梁式轉(zhuǎn)換層的整體穩(wěn)定性。

5. 對梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格計算

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中比較重要的一個部分，對整個建筑結(jié)構(gòu)的安全性和實用性有著比較重要的影響。因此，在對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，為了保證梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和準(zhǔn)確性，一定要對在相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格計算。在根據(jù)建筑物的實際受力變形狀態(tài)構(gòu)建計算模型的時候，應(yīng)該通過三維空間的整體結(jié)構(gòu)對模型進(jìn)行整體分析，應(yīng)用有限元的方法來對轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)實施局部的補充和計算，務(wù)必確保設(shè)計計算的準(zhǔn)確性。

二、梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)造

1. 結(jié)構(gòu)形式

梁式轉(zhuǎn)換層在實際工程中的應(yīng)用十分廣泛，它的力量傳導(dǎo)途徑通常是從剪力墻到轉(zhuǎn)換梁，然后再傳導(dǎo)到轉(zhuǎn)換柱，這種傳力模式不僅簡單、直接、明確，在實際工程應(yīng)用中對于設(shè)計、計算、分析也較為明晰，在施工中也比較容易實現(xiàn)。正是因為這些優(yōu)越性使得梁式轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用十分廣泛。與此同時，它也存在一些局限性，當(dāng)結(jié)構(gòu)的上下軸線布置錯位時轉(zhuǎn)換梁的數(shù)量就需要增加，這會直接使得整個結(jié)構(gòu)的受力情況變得復(fù)雜。想要避免這一點，在結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計上必須合理，這樣才能夠讓梁式轉(zhuǎn)換層更好的發(fā)揮其功效。

2. 受力機理和設(shè)計分析

梁式轉(zhuǎn)換層的受力機理通常是從剪力墻到轉(zhuǎn)換梁，然后再傳導(dǎo)到轉(zhuǎn)換柱，對于受力機理的了解能夠幫我們在計算分析時更有針對性。梁式轉(zhuǎn)換層在實際使用時必須對于轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱的數(shù)量有合理的計算分析，對于承托層數(shù)也要有合理的設(shè)計，這樣才能夠讓整個梁式轉(zhuǎn)換層更穩(wěn)定的發(fā)揮其功效。

3. 梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計要求

梁式轉(zhuǎn)換層在具體的設(shè)計中必須結(jié)構(gòu)建筑體的結(jié)構(gòu)特征以及建筑要求，同時，結(jié)構(gòu)建筑體的功能以及整個轉(zhuǎn)換體的力量傳導(dǎo)模式，在合理的高度范圍內(nèi)靈活的布置一個或者多個轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。此外，在具體的設(shè)計中對于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的剛度也要有所保障，這是建筑體抗震性的基石所在。這些都應(yīng)當(dāng)在具體設(shè)計中重點考慮。

三、工程實例分析

1. 工程概況

某建筑工程項目1#樓地上三十層，兩層地下車庫，1～2層為商業(yè)裙樓，轉(zhuǎn)換層設(shè)置在裙樓屋面，3～30層為塔樓，屋面以上有一層電梯機房，建筑總寬度是27m，總長度是41m，室內(nèi)外高差是0.15m，建筑高度是95.9m，總建筑面積是20761m2，商業(yè)面積是1384m2，住宅19377m2，此工程設(shè)計使用期限是50年，抗震設(shè)防烈度是6度，場地類別是Ⅰ1類。

2. 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

在此工程中，采用梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計，以保證傳力更加明確、直接；計算相對比較簡單，施工方便。在布置轉(zhuǎn)換梁上，只對少數(shù)部分布置二級轉(zhuǎn)換，二級轉(zhuǎn)換傳力相對復(fù)雜，應(yīng)該盡量避免。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置的時候，盡量使轉(zhuǎn)換梁與墻、柱中心線重合，以減小偏心作用帶來的影響。此項目因為所處的位置商業(yè)價值高，所以采用了大轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換剪力墻的比例達(dá)到80%。設(shè)計的時候采用了加厚落地剪力墻的方式調(diào)整轉(zhuǎn)換層上下的剛度比，使其符合規(guī)范要求。

結(jié) 語：梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的應(yīng)用十分廣泛，在實際設(shè)計中應(yīng)當(dāng)盡可能的減少高層建筑的豎向構(gòu)件，并且實現(xiàn)轉(zhuǎn)換柱和剪力墻的對稱布置，同時，合理控制轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)位置高度。此外，保證梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)剛度也很重要。這些設(shè)計方法都能夠顯著提升梁式轉(zhuǎn)換層的安全性與穩(wěn)定性。

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