高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

（廊坊榮盛建筑設(shè)計有限公司河北廊坊065000）

【摘要】近年來，高層建筑也層出不窮，迅速發(fā)展，高層建筑在體型復雜、內(nèi)部空間多變及功能多樣等方面有了更多的要求，因此，就需要轉(zhuǎn)換高層建筑的層結(jié)構(gòu)，本文介紹了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計要求以及構(gòu)件的設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】高層轉(zhuǎn)換層設(shè)計

一、前言

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

高層建筑結(jié)構(gòu)下部受力比上部大，按常理來說，在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中就要考慮下部的剛度要大于上部結(jié)構(gòu)，采用的措施就是下部增加墻體、增加柱網(wǎng)，而上部逐漸減少墻柱的密度。顯然，這在高層建筑設(shè)計中是不現(xiàn)實的，因為高層建筑的使用功能對空間要求卻是下部大空間，往上部逐漸減小，因此對高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計就要考慮反常規(guī)設(shè)計方法。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)換梁的最小高度和寬度作如下規(guī)定: 框支梁截面的寬度不宜大于框支柱相應方向的截面寬度，不宜小于其上墻體截面厚度的2 倍，且不易小于400mm; 當梁上托柱時，尚不應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。

1、梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

實際工程中應用的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)有多種形式，主要原理就是利用下部的轉(zhuǎn)換大梁來支托上部結(jié)構(gòu)。

2、梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)受力機理分析

轉(zhuǎn)換大梁的受力主要受上部剪力墻剛度、剪力墻與轉(zhuǎn)換大梁的相對剛度和轉(zhuǎn)換大梁與下部支撐結(jié)構(gòu)的相對剛度影響。為弄清轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)與上部墻體共同工作的性能，文獻中已對轉(zhuǎn)換梁承托層數(shù)對其內(nèi)力的影響用有限元程序進行了分析，從分析結(jié)果中我們知道，對一般結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換大梁( 跨度小于12m) ，上部墻體考慮三層與考慮4 層、5 層內(nèi)力的設(shè)計控制內(nèi)力差異不大于5%，故在分析計算時可只考慮計算3 層。從計算分析不論轉(zhuǎn)換大梁上部墻體的形式如何，只要墻體有一定長度，轉(zhuǎn)換大梁中的彎矩就會比不考慮上部墻體作用要小，同時轉(zhuǎn)換大梁也會有一段范圍出現(xiàn)受拉區(qū)。主要原因:

（1）由于轉(zhuǎn)換大梁處于結(jié)構(gòu)整體彎曲的受拉區(qū)，應力積分后在轉(zhuǎn)換大梁中就會出現(xiàn)軸向拉力。

（2）由于上部墻體豎向力作用于轉(zhuǎn)換大梁時形成了拱的傳力方式，這樣豎向力轉(zhuǎn)變成斜向力作用于轉(zhuǎn)換大梁，從而在轉(zhuǎn)換大梁跨中出現(xiàn)拉力，支座出現(xiàn)軸向壓力的情況。

二、梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計及要求

框支主梁需要承受其上部剪力墻和梁傳給的剪力，因此容易發(fā)生受剪破壞。在有可能發(fā)生地震的地區(qū)，建筑物必須具有抗震設(shè)防，為了進一步提高受力性能及其抗震能力，在進行平面結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應使落地剪力墻與剪力墻和框支墻協(xié)作受力。

1、框支柱的設(shè)計與構(gòu)造要求

一般情況下，由軸壓比來進行計算確定框支柱的截面尺寸。在抗震設(shè)計時，應該用最大的系數(shù)乘以框支柱的柱頂彎矩，并將其放大后進行配筋。對剪力也要作相應的調(diào)整，當框支柱少于十根時，而且在一至二層，每層框支柱所受剪力至少要取基底剪力的百分之二；如果在三層或三層以上時，至少要取基底剪力的百分之三；如果框支柱多于十根時，框支層在一至二層時，每層每根柱承受的剪力和應該是基底層剪力的百分之二十；如果是三層及三層以上時，其應該取基底層剪力的百分之三十，在對框支柱剪力做相應的調(diào)整之后，應對相應的框支柱的彎矩等進行調(diào)整，但其框支柱軸力可以不做調(diào)整。當抗震等級為一級時，其縱向鋼筋配筋率應大于百分之一點二，二級時應大于百分之一點零，三級時應大于百分之零點九，四級是應大于百分之零點八。在抗震設(shè)計時，縱向鋼筋間距應該在八十到二百毫米之間，全部縱向鋼筋配筋率應小于百分之四。

2、轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計及要求

通過剪壓比的計算可以確定轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸，轉(zhuǎn)換梁最好不要開洞，如果需要開洞，洞口最好定在梁中和軸附近。為了提高其抗剪能力，必須對洞口的上、下弦桿采取一定的加強措施。轉(zhuǎn)換梁的混凝土強度等級應大于或者等于C30。在非抗震設(shè)計時，轉(zhuǎn)換梁上、下主筋的最小配筋率應為百分之零點三，而且最好不存在接頭，轉(zhuǎn)換梁上部應該有超過百分之五十的主筋沿梁全長貫通，下部主筋要伸入柱內(nèi)。

3、截面設(shè)計方法

目前國內(nèi)在結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，通常采用的梁截面轉(zhuǎn)換方法是應力截面設(shè)計方法。該方法通過對轉(zhuǎn)換梁進行分析，得到的結(jié)果是應力和分布規(guī)律，為了能直接運用分析結(jié)果，假設(shè)不考慮混凝土的抗拉作用，所有拉力由鋼筋承擔，受壓的混凝土強度達到預期設(shè)計值。

4、托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計

當轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體不開洞時，轉(zhuǎn)換梁將和上部墻體共同工作，深梁將表現(xiàn)出受力特征，這時，應該采用應力截面設(shè)計法或深梁截面設(shè)計方法，通過計算，確定出其適當?shù)姆峙湮恢谩４藭r轉(zhuǎn)換梁跨中的內(nèi)力較大，底部縱向鋼筋最好不要彎起或者是截斷，要全部伸進支座。當轉(zhuǎn)換梁所承托的上部墻體是小墻肢時，轉(zhuǎn)換梁上可按照普通截面設(shè)計的方法進行計算，縱向鋼筋可集中布置在轉(zhuǎn)換梁的底部。

5、設(shè)計方法的選擇

托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計：當轉(zhuǎn)換梁承托普通框架時，可以按普通的梁截面設(shè)計方法進行配筋計算；當其為斜桿框架式，應該按偏心受拉構(gòu)件進行截面設(shè)計。

三、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計

1、轉(zhuǎn)換柱

我們在進行梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候， 需要對轉(zhuǎn)換柱的軸壓比進行很好的控制， 主要是為使結(jié)構(gòu)能夠具備非常好的延性。這主要是從抗震的層面上考慮的，假設(shè)該高層建筑在一級抗震的要求下進行設(shè)計，我們需要將軸壓比控制在0.6，假設(shè)該高層建筑在二級抗震的要求下進行設(shè)計，我們需要將軸壓比控制在0.7。

2、樓板

由于整個建筑的剪力大部分都在建筑的下部結(jié)構(gòu)，導致轉(zhuǎn)換層樓面所受到的力非常的大。因此，我們需要對樓面進行加厚，這樣有利于剪力的重新分配，另外，值得注意的是，轉(zhuǎn)換層的樓板不能夠有太大的開洞，并且開洞時應該在洞口的周圍設(shè)置暗梁，我們還應該將開洞的位置盡量的遠離外側(cè)邊，如果需要設(shè)計電梯的話，那么在電梯間應該用鋼筋混凝土墻圍成一個筒體。

3、轉(zhuǎn)換梁

我們在進行轉(zhuǎn)換梁設(shè)計的時候，考慮到轉(zhuǎn)換梁的受力非常的復雜，轉(zhuǎn)換梁是上層和下層荷載的主要傳輸樞紐，因此，我們在實際設(shè)計的時候，應該設(shè)計足夠多的儲備，減少轉(zhuǎn)換梁的受力程度。在豎向荷載的作用下，轉(zhuǎn)換梁的梁端往往是最先受到破壞的，因此，我們應該對其構(gòu)造進行不斷的加強。

四、發(fā)展趨勢

帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)有：

1、預應力混凝土轉(zhuǎn)換層

由于預應力技術(shù)有能減小截面尺寸、控制裂縫和撓度及減輕支撐負擔等優(yōu)點，因此，此結(jié)構(gòu)適合于建造承受大荷載、大跨度的轉(zhuǎn)換層，能節(jié)省鋼材和混凝土。

2、鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換層

鋼骨混凝土梁和鋼筋混凝土梁相比，具有剛度好、承載力高，可塑性、耐久性和抗震性能高等特點，因此可以減少支模，定位準確，提高施工的速度，但它主要在國外被使用，國內(nèi)工程中使用的并不多。

結(jié)論

經(jīng)濟的發(fā)展推動了建筑功能需求的擴大，由于建筑受到自身特點的影響，復雜高層建筑經(jīng)常出現(xiàn)上、下部分剛度不對稱、質(zhì)量不均勻、傳力途徑不直接等問題。梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)作為高層建筑實現(xiàn)垂直轉(zhuǎn)換的常用結(jié)構(gòu)形式，能有效解決這些問題。通過對梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式與受力特點的探討，主要分析梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則和轉(zhuǎn)換層構(gòu)造的方法，為相關(guān)設(shè)計工作者提供一定的參考價值。

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