淺談某高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高層建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要優(yōu)化方案，在確保安全的情況下，實(shí)現(xiàn)建筑功能和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。梁式轉(zhuǎn)換層是確保建筑結(jié)構(gòu)安全的重要部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要加強(qiáng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件構(gòu)造要求，確保高層建筑結(jié)構(gòu)安全。本文結(jié)合工程實(shí)例，對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單分析。

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

一.引言

隨著我國城市的快速發(fā)展，高層建筑日益增多。為實(shí)現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)功能，需要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。梁式轉(zhuǎn)換層作為高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的重要部分，對高層建筑功能及安全具有重要作用。在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，既要保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)安全，又要考慮高層建筑整體功能和整體結(jié)構(gòu)安全。

二.工程概況

某工程為高層住宅樓，主樓地上31層地下3層，裙樓地上4層地下3層。本工程將地下一層樓蓋作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，主樓為框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系，將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在嵌固層以上4層位置，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式為梁式轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層的概況為：標(biāo)高20.0m設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層（建筑4層頂板），轉(zhuǎn)換層層高5.7m，轉(zhuǎn)換區(qū)面積約900m2，呈L型布局。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)抗震等級為二級。轉(zhuǎn)換層以下三層均為商場，設(shè)計(jì)使用活荷載為3.5KN/m2。共31根框支柱，矩形柱網(wǎng)布置，最大截面1500×1000，主筋為Φ18至Φ25的Ⅲ級鋼（HRB400），箍筋為Φ12的Ⅱ級鋼（HRB335），混凝土強(qiáng)度等級為C60（其中與剪力墻連接的柱為C50）。核心筒面積約48m2，設(shè)電梯井道3座。周邊剪力墻厚350，中間剪力墻厚200。約束邊緣構(gòu)件縱筋采用Φ14至Φ25的Ⅲ級鋼（HRB400），箍筋為Φ10至Φ14的Ⅱ級鋼（HRB335）。剪力墻鋼筋采用Φ10至Φ12的Ⅱ級鋼（HRB335），混凝土強(qiáng)度等級為C50。框支梁最大截面1100×2300，最大凈跨7500，縱筋采用Φ25及Φ28的Ⅲ級鋼（HRB400），上、下部縱筋布置層數(shù)最多為3層，箍筋為Φ10至Φ14的Ⅱ級鋼（HRB335），箍筋肢數(shù)有4、6、8三種，拉筋采用φ8的I級鋼筋（HPB300），間距400，錯(cuò)開布置。轉(zhuǎn)換層板厚為180mm，板配筋為Φ12@150雙層雙向。梁、板混凝土強(qiáng)度等級均為C50。

三.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1. 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循的原則

（1）盡可能減少需結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，直接落地的豎向構(gòu)件越多，梁式轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件越少，所造成的剛度突變也越小，更加有利于增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（2）梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要確保轉(zhuǎn)換層具有足夠的剛度，一般情況下，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換梁的高度不得小于跨度的六分之一，以確保內(nèi)力在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)和下部構(gòu)件中能夠合理分配，確保剪力墻、柱和轉(zhuǎn)換梁具有良好的受力性能。

（3）梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要采用 “樓板在平面內(nèi)剛度無限大”的假定，確保剪力墻和所有框支柱位移相等和水平力按照落地剪力墻和框支柱的剛度進(jìn)行比例分配。由于轉(zhuǎn)換層樓板需要將上部結(jié)構(gòu)的水平剪力傳遞到下部結(jié)構(gòu)中，其本身需要承受部分豎向荷載和較大的平面內(nèi)剪力，轉(zhuǎn)換層樓板在自身平面內(nèi)力的影響下，存在較為顯著的變形，因此需要確保轉(zhuǎn)換層樓板具有足夠的剛度和強(qiáng)度。

（4）梁式轉(zhuǎn)換層上部的柱子和剪力墻盡量要對稱布置。梁上立柱宜在轉(zhuǎn)換梁跨中設(shè)置，避免轉(zhuǎn)換梁變形時(shí)梁上立柱的柱腳產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)角，梁上立柱的柱腳產(chǎn)生較大幅度的變形會引起立柱的剪切和彎曲，促使立柱產(chǎn)生較大內(nèi)力。

2. 梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層技術(shù)設(shè)計(jì)

（1）需要設(shè)計(jì)模板支撐系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)安全方面考慮，必須通過軟件或者人工計(jì)算確定支撐系統(tǒng)的安全性以及支撐鋼管的截面、跨度、空間間距；從材料利用率方面考慮，能滿足模板的周轉(zhuǎn)次數(shù)和裝拆的便利；從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面考慮，對較難支模的部分和節(jié)點(diǎn)必須通過畫圖軟件得出詳圖。

（2）需要設(shè)計(jì)鋼筋的下料和綁扎方案。轉(zhuǎn)換梁縱筋直徑較大、數(shù)量較多、排數(shù)也多，箍筋直徑較大、肢數(shù)較多、一般全長加密，構(gòu)造腰筋須按受拉鋼筋的錨固要求錨固在兩端柱子內(nèi)，所以鋼筋的下料和綁扎比較困難。每一道轉(zhuǎn)換梁的鋼筋放樣和下料須符合現(xiàn)行規(guī)范、圖集和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，要先進(jìn)行簡單的排列，找出最適合實(shí)際情況的綁扎方式再進(jìn)行現(xiàn)場操作，嚴(yán)防下料之后胡亂放置鋼筋，導(dǎo)致鋼筋無法較好的綁扎，影響混凝土的振搗密實(shí)。

（3）設(shè)計(jì)混凝土的澆筑方案。轉(zhuǎn)換層的面積和轉(zhuǎn)換構(gòu)件的體積較大，混凝土澆筑須符合大體積混凝土的澆筑技術(shù)要求。一般一次澆筑完畢，可以保證結(jié)構(gòu)整體性較好，但該方法容易導(dǎo)致振搗不到位進(jìn)而影響梁底的質(zhì)量和觀感，并且荷載較大，對模板支撐系統(tǒng)的安全系數(shù)要求較高，施工時(shí)應(yīng)加以注意。

3.梁式轉(zhuǎn)換層計(jì)算。

（1）轉(zhuǎn)換層樓蓋及框支柱的計(jì)算

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的樓蓋由轉(zhuǎn)換梁和樓板組成。梁式轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換梁是承托柱傳遞的豎向荷載或承托上部剪力墻的重要構(gòu)件，對整個(gè)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)具有重要作用，因此要格外重視；梁式轉(zhuǎn)換層的樓板將上層水平剪力傳遞到下層抗剪結(jié)構(gòu)中，自身承受較大的平面內(nèi)剪力，同時(shí)還承受部分豎向荷載，因此梁式轉(zhuǎn)換層樓板設(shè)計(jì)時(shí)，必須確保樓板具有足夠的強(qiáng)度和剛度。轉(zhuǎn)換柱是承擔(dān)轉(zhuǎn)換梁傳遞而來的荷載并將此荷載傳遞給基礎(chǔ)的重要構(gòu)件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和抗震延性。

（2）轉(zhuǎn)換層的補(bǔ)充計(jì)算

在實(shí)施局部計(jì)算分析的時(shí)候，應(yīng)該考慮轉(zhuǎn)換層樓蓋平面內(nèi)剛度的影響，以及上下樓層能否進(jìn)入局部的計(jì)算模型中進(jìn)行計(jì)算，還需要注意實(shí)際結(jié)構(gòu)三維空間效應(yīng)。框支剪力墻計(jì)算比較復(fù)雜，可采用PKPM框支剪力墻有限元分析模塊進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算并可按應(yīng)力配筋。框支剪力墻的框支柱與上部的剪力墻是相連接的，假如這樣的連接存在不當(dāng)，就極有可能出現(xiàn)較大的計(jì)算誤差；建筑結(jié)構(gòu)三維分析程序主要是以梁、柱作為基本元素，而對框支剪力墻進(jìn)行分析的時(shí)候，是以剪力墻作為基本元素考慮的，這些均應(yīng)在框支剪力墻補(bǔ)充計(jì)算時(shí)加以合理考慮。

4. 梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

（1）施工可操作性和建筑外觀要求在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分加以考慮；

（2）轉(zhuǎn)換層如果作為設(shè)備層來使用，需要在轉(zhuǎn)換梁上開設(shè)較大設(shè)備孔洞時(shí)，須對開孔部位進(jìn)行計(jì)算，有條件時(shí)可以進(jìn)行應(yīng)力分析；

（3）在滿足建筑物使用功能要求的基礎(chǔ)上，對下部結(jié)構(gòu)宜適當(dāng)增大其構(gòu)件截面尺寸、增加剪力墻、提高混凝土的強(qiáng)度等級，盡量避免轉(zhuǎn)換層與下部結(jié)構(gòu)豎向剛度產(chǎn)生突變；

（4）根據(jù)上部結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)換梁共同工作的程度，分析一般按照完全、部分和沒有共同工作三種狀態(tài)進(jìn)行，從而保證梁的支座剪力和跨中彎矩與實(shí)際情況比較吻合，不會偏差太大。

四.結(jié)束語

高層建筑的功能越來越趨向于多樣化、復(fù)雜化、全面化，轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的應(yīng)用是不可缺少的。在高層建筑中，轉(zhuǎn)換層的運(yùn)用突破了常規(guī)的設(shè)計(jì)，促使建筑中各個(gè)組成部分的不同功能得以淋漓盡致地發(fā)揮。高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)，選擇合理的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，最大限度確保建筑結(jié)構(gòu)安全。

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