帶梁式轉換層結構的高層建筑結構設計

梁 文 輝

(國策眾合(北京)建筑工程設計有限公司太原分公司，山西 太原 030024)

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帶梁式轉換層結構的高層建筑結構設計

梁 文 輝

(國策眾合(北京)建筑工程設計有限公司太原分公司，山西 太原 030024)

結合某實際工程，論述了帶梁式轉換層結構的特點，從框支柱、框支梁、轉換層樓板、抗震等級、平面布局等方面，分析了帶梁式轉換層結構的高層建筑結構設計要點，有助于提升建筑結構設計參數計算的準確度，保證高層建筑施工質量符合設計要求。

帶梁式轉換層結構，高層建筑，框支柱，剪力墻

帶梁式轉換層結構的應用具有良好的發展前景，主要是通過控制建筑內部受力均衡性來確保建筑結構的穩定性。而高層建筑下部結構相對緊湊，但上部結構薄弱，對轉換層的穩定性提出了新的要求。近年來，隨著我國國民經濟水平的提高，高層建筑功能趨向于多元化，建筑底部與中部都采用稀疏的結構進行設計，做商業使用，而上部則是密集的結構設計，做居住使用。為確保建筑結構設計受力的穩定性，將帶梁式轉換層結構應用到高層建筑結構設計中，能滿足這一需求，對提升建筑受力的穩定性能具有重要意義。

1 工程概況

本工程總建筑面積53 391.89 m2，地上28層，地下2層。地下2層為戊類儲藏室及設備用房，地下1層為管道層；地上1層～2層做商業與其他用途；地上3層～28層為居民住宅。地下2層層高為3.6 m，管道層層高為1.8 m，地上1層層高4.8 m,地上2層層高5.5 m，地上3層～28層層高均為3.0 m，室內外高差0.60 m，建筑總高度88.9 m。為方便建筑結構應力的傳遞與滿足建筑結構空間使用功能的需要，結合各種形式轉換層的優缺點，將地上2層設置成框支轉換層，地上2層以上為純剪力墻。在設計時，需要結合結構大空間使用功能性要求，確保建筑結構的剛度，從根源上杜絕結構豎向剛度差距明顯的問題出現，并對帶梁式轉換層上下部分的側向剛度比例進行調節，嚴格按照《高層建筑混凝土結構技術規程》有關要求進行設計，適當調整底部剪力墻的強度等級與厚度，盡可能縮減剪力墻上門窗洞口的尺寸，讓結構形成一個封閉的筒體?？拐鹪O防烈度：7度；設計基本地震加速度：0.15g；設計地震分組：第二組?？拐鸬燃墸嚎蛑Э蚣艿目拐鹪O計等級為一級，底部加強部位的剪力墻抗震設計等級為一級，非底部加強部位的剪力墻抗震設計等級為二級?？蛑е孛妫? 200 mm×1 200 mm；框支梁截面：1 100 mm×1 600 mm；轉換層樓板200 mm厚。

2 帶梁式轉換層結構的高層建筑結構設計要點

2.1 框支柱

針對框支柱的設計，設計人員應在地震組合下，按照高層建筑所承受的地震級別，確定帶梁式轉換層框支柱的截面及配筋，并以軸力值為框支柱參數設計的依據，對數據參數進行調整，增加結構的受力強度，同時明確框支柱設計的數量。在工程設計中為確保框支柱具有足夠的延性，設計人員應科學計算剪力墻與框支柱的受力情況，結合框支柱軸壓計算框支柱的截面尺寸，控制建筑轉換層的框支柱受力范圍。以放大后的彎矩設計值為依據，通過框支柱的柱頂彎矩乘以放大系數方式來配筋?？拐鹪O計時，還需嚴格按照規定要求，設置框支柱承受的地震剪力。具體體現為：每層帶梁式轉換層結構中框支柱的數量不超過10根時，如果底部框支層設在1層～2層，必須確保每一根框支柱所承受的剪力大于結構基底所承受剪力的2%；若框支柱設置在3層，甚至是3層以上，每一個框支柱所承受的剪力必須大于3%。若建筑每一層框支柱的數量超過10根時，1層～2層的建筑底部框支層所承受的剪力，必須大于結構基底剪力的20%,當框支層剪力全部設在3層，或者是3層以上，必須將每一層框支柱所承受的剪力控制在30%以上。完成框支柱剪力設計工作后，還需根據規定要求，及時調整每一層框支柱與柱端框架梁的彎矩，但是在調整過程中，必須仔細觀察框支梁的剪力、彎矩和框支柱的軸力變化情況，然后對應調整框支柱剪力，以免影響到整個結構層所承載的剪力。此外，在設計每一層框支柱的縱向鋼筋配筋率時，還需做好抗震等級的設計工作，采用復合螺旋箍或井字復合箍綁扎轉換柱鋼筋，沿著框支柱實施全高加密，并控制鋼筋綁扎的直徑與間距，確保直徑大于10 mm、間距小于100 mm。

2.2 框支梁

框支梁的受力與其他結構設計相對要大，并且受力具有復雜性，不僅是上下層荷載的傳輸重心，也是提升框支剪力墻抗震性能的核心部位，因此在設計框支梁的過程中嚴格按照高層建筑結構設計有關規定進行詳細設計。如果建筑項目的轉換梁上、下部縱向鋼筋系非抗震設計，最小配筋率必須大于0.30%；如果抗震等級為特一、一級和二級，最小配筋率必須大于0.60%，0.50%和0.40%，并在框支剪力墻結構中的框支梁上、下縱向鋼筋和腰筋節點位置實施錨固，然后檢查水平段，確保伸至柱邊，且必須大于0.4lab(非抗震)，或者是大于0.4labE(抗震設計)，梁上部第一排縱向鋼筋應向柱內彎折錨固，但錨固延伸到梁底的長度不能低于非抗震設計la，或者是抗震設計laE，避免影響到整體施工質量；若建筑轉換層梁上部配置的鋼筋屬于多排縱向，工作人員可適當調整梁上部內部的錨固鋼筋的長度，確保水平段、彎下段的長度值大于鋼筋錨固長度非抗震設計的la，或者是抗震設計的laE。此外，為提升抗震性能，避免框支梁發生形變，影響到整個帶梁式轉換層結構，設計人員還應堅持“強剪弱彎、強底層柱底、強柱弱梁、強底層墻”的原則，在縱筋足夠的條件下，按照《高層建筑混凝土結構技術規程》有關規定，對框支梁箍筋進行全長加密，以提升框支梁的抗震能力。

2.3 轉換層樓板

受上下結構設計的受力分布影響，在設計框支剪力墻結構時，工作人員應以轉換層結構為分界線，按照各個建筑施工控制點中剪力墻剛度均勻分布于上部樓層的特點，結合框支柱和落地剪力墻之間的剛度要求、水平剪力在轉換層的荷載分配極易發生形變，加上轉換層樓板自身平面受力情況，必須提升轉換層樓板的剛度，嚴格規劃設計轉換層樓板的結構設計，保證轉換層結構的受力均勻。本工程在對轉換層結構設計過程中，遵守三維設計、協同工作有限元等設計原理(設置轉換層樓板為彈性模)，對轉換層的受力狀況進行分析，計算出建筑結構整體受力情況，然后采用高標號混凝土、厚樓板作為轉換層，因下部樓層存在受力差距明顯的問題，導致剪力墻承受較多的水平剪力，造成轉換層受力變形，采用鋼筋雙層雙向整板拉通。此外，為合理分配轉換層樓板的剪力，應適當增加轉換層以下層的樓板，加厚落地剪力墻的厚度，增強轉換層的剛度，提升該建筑受力，確保建筑整體結構的穩定性。同時為方便后期建筑工程施工和節約成本投入，還需為模板裝拆卸提供方便，做好各個部件的整合與銜接工作。

2.4 抗震等級

在進行高層建筑施工的過程中，轉換層起到承上啟下的作用，轉換層以下作為框架式的剪力墻，以上均是剪力墻，設計與施工過程相對比較復雜，因此在實際設計的過程中，考慮到高層建筑梁式轉換層的抗震等級，設計人員需要結合帶梁式轉換層結構的設計標準，對地震級配加以規范，確保抗震等級與實際建筑的帶梁式轉換層結構受力均勻。對于帶梁式轉換層的高層建筑結構設計，設計人員必須從地下室頂板開始計算建筑物剪力墻底部加強部位的高度，保證帶梁式高層建筑結構轉換層以上的樓層設計不低于房屋高度設計的1/10。在設計高層建筑抗震等級，高位轉換層作為帶梁式轉換層結構設計的加強區，是設計的關鍵控制點，因此設計人員應按照具體情況，提升地震等級與性能，以緩解部分地震受力面積。

2.5 平面布局

帶梁式轉換層的平面設計相對比較簡單，主要是選用對稱設計方式，對兩側的誤差進行控制，以減少結構受力的偏心率，確保轉換層重心的穩定性。具體體現為在進行平面布局設計的過程中，為滿足建筑結構安全施工的需求，設計人員需結合帶梁式轉換層的周邊情況，在滿足高層建筑的要求下，使用專業設計軟件測算安全系數，對平面布局的每一項參數進行控制，提升帶梁式轉換層的強度，確保高層建筑扭轉的過程中，能夠維持高度穩定的性能，以免高層建筑發生水平位移，對位移距離進行控制，提升扭轉能力，以免建筑結構設計發生誤差，給高層建筑的穩定性帶來不利影響。

2.6 豎向布置

高層建筑的側向剛度設計應下大上小，避免影響到建筑結構設計的穩定性。因此在進行豎向布置的過程中，必須強化下部，弱化上部，讓兩側的剪力墻落地，在建筑底部增加部分剪力墻，提升建筑結構的底部剛度，并增加地下層底部的剪力墻厚度，確定厚度在400 mm～600 mm內，以承擔建筑結構的部分受力。同時使用高標號混凝土來澆筑底部剪力墻，提升底部柱和墻混凝土剛度與強度。此外，設計人員還應適當減少建筑轉換層上部剪力墻的數量，嚴格控制轉換層上部剪力墻的厚度，必要時在轉換層部分較長的剪力墻中開設結構洞，待到建筑施工結束后，使用填充墻進行填實，幫助上部結構承擔部分受力，適當承擔建筑物所承受的壓力，讓框支梁承受的荷載能力得到緩解，以增加建筑結構自振周期，從而降低地震對建筑物的作用力。但需要注意的是，底部剪力墻盡可能不開洞或者是只開小洞，防止剛度削弱過度，影響到建筑結構設計的穩定性，給建筑工程施工埋下潛在安全隱患。

3 結語

帶梁式轉換層結構的高層建筑結構設計過程中，通常會受到各種因素影響與干擾，為確保建筑結構設計結果和具體情況吻合，有關人員必須對建筑結構設計影響因素進行分析，并采用專業的設計方法與工具，加強框支柱、框支梁、轉換層樓板、抗震等級、平面布局和豎向布置等環節的控制，提升建筑結構設計參數計算的準確度，保證高層建筑施工質量符合設計要求。

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High-rise building structure design of the transfer-story structure with beam

Liang Wenhui

(Guocezhonghe(Beijing)BuildingEngineeringDesignCompanyTaiyuanBranchCompany,Taiyuan030024,China)

Combining with the actual engineering, the paper discusses the features of transfer-story structure with beam, analyzes high-rise building structure design points of transfer-story structure with beam from aspects of frame supporting column, frame supporting beam, transfer-story slab, seismic resisting degree and plane layout, which will be good for improving the building structure design parameter calculating accuracy and guaranteeing high-rise building construction quality meeting design demands as well.

transfer-story structure with beam, high-rise building, frame supporting column, shearing wall

1009-6825(2017)17-0040-02

2017-03-23

梁文輝(1984- )，男，工程師

TU318

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