梁式轉換層結構設計及應用研究

田 晨 旺

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

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梁式轉換層結構設計及應用研究

田 晨 旺

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

通過對高層建筑中的梁式轉換層結構的設計及相關應用進行分析，得到了梁式轉換層中的各設計要點，對梁式轉換層結構設計中易出現(xiàn)的問題進行了總結分析，并提出相應的處理建議，以確保轉換層結構的建筑正常使用及滿足相應的抗震要求。

高層建筑，轉換層，承重構件，樓板

0 引言

隨著城市發(fā)展的需要及人民生活水平的逐步提高，城市中的轉換層結構越來越多，如建筑下部為框架剪力墻結構，作為商場使用；上部為剪力墻結構，作為住宅樓或酒店使用。這種結構型式的建筑成為商業(yè)區(qū)建筑中的主流建筑。這種具有轉換層的建筑多數(shù)為梁式轉換層，因此本文對梁式轉換層的結構設計及應用進行分析。

1 梁式轉換層的應用

1.1 鋼骨轉換結構的應用

目前的混凝土結構向超高層建筑的方向發(fā)展，建筑的層數(shù)及總高度越來越高，因此結構下部轉換層所承受的荷載也越來越大，此時轉換層中的構件尺寸也越來越大，構件尺寸的大小影響著轉換層內的層高及使用空間。鋼骨混凝土屬于建筑行業(yè)中的新型建筑材料，其具有高強度、高韌性等特點，較小的構件尺寸與較大的普通鋼筋混凝土構件尺寸具有相同的承載力，使用這種材料制作而成的轉換層可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益，同時還可提高轉換層的抗震性能及整體剛度。鋼骨混凝土在國外的底部大空間結構中應用較大，在我國應用率還較低。目前我國使用鋼骨混凝土作為轉換層的知名建筑主要有北京國際貿易中心國際旅館，其中鋼骨混凝土轉換梁的高度為1 800 mm，轉換梁承擔上部20層樓的荷載，截至目前該樓處于穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生良好的社會效益。

1.2 預應力轉換結構的應用

預應力轉換梁是在施工現(xiàn)場進行預應力施工，制作而成的預應力轉換梁。制作預應力轉換梁時施工工序復雜，且施工成本相對較高。使用該方法制作轉換梁的成本較高的原因之一是由于目前我國此類相關的施工技術人員相對較少，隨著預應力轉換梁的普及應用，此施工成本則會相應降低。使用預應力轉換梁可減少鋼筋用量及混凝土用量，實現(xiàn)較小的轉換梁尺寸而具備較高的承載力，但預應力轉換梁的柔韌性低于鋼骨混凝土轉換梁，目前我國的知名建筑中使用預應力轉換梁作為轉換層的建筑主要為北京市人民檢察院大樓。

2 設計原則

2.1 減少豎向承重構件的數(shù)量

若轉換層上部的豎向承重構件數(shù)量較多，而轉換層下部的豎向承重構件數(shù)量基本不變，經(jīng)轉換層轉換后結構上部的豎向承重構件數(shù)量還相對較多，此時轉換層上下部構件數(shù)量相差較大，在轉換層位置處產(chǎn)生較大的剛度突變，對結構的整體抗震性能影響較大，因此應適當降低轉換層上部結構的豎向承重構件數(shù)量。

2.2 對稱布置轉換層內的豎向承重構件

布置轉換層內的柱墻時，應將此類豎向承重構件對稱布置，使其達到受力均勻的效果。若有必要在梁中設置柱墻時，應將柱墻布置在梁跨中的位置，避免因上部荷載較大而導致梁撓度變形較大，從而導致上部柱墻的垂直度發(fā)生變化，影響柱墻正常的豎向承載力，使柱產(chǎn)生偏壓破壞或剪切破壞。

2.3 增強轉換層下部結構的剛度

高層建筑中的轉換層結構，以轉換層為分界線其剛度發(fā)生較大變化，而當轉換層下部結構的剛度較大時，下部的承載能力及抵抗變形能力增強，此時結構的抗震性能也越好。增強轉換層下部結構的剛度，相對弱化上部結構的剛度，從而達到轉換層上部結構的剛度及相應的變形相一致，增強建筑整體的抗震性能。通常增強轉換層下部結構的剛度的方法主要有：提高混凝土強度等級，增加混凝土構件的截面尺寸，增加柱墻數(shù)量等。

增加剛度時，若采用的是增加柱墻數(shù)量方法，設計時應將柱墻均勻布開，使結構達到剛度均勻，且使建筑的重心與剛度的中心基本保持一致，以免兩者差距較大而導致地震來臨時結構產(chǎn)生較大的扭轉變形；若采用的是增大構件截面尺寸的方法，則會增大轉換層下部結構的整體剛度，且影響下部結構的空間使用。當?shù)卣饋砼R時由于上下剛度變化較大，從而導致下部結構承受的地震荷載更大，不利于建筑整體結構的抗震性能，因此在設計時應根據(jù)建筑物所在的地理位置及特點進行相應的設計。

2.4 確保轉換層的剛度

轉換層作為建筑物中的剛度及荷載傳遞的轉換位置，該位置的剛度大小影響著整個建筑的正常、安全使用。因此在設計時必須確保轉換層的梁具備較大的剛度，尤其是梁豎向方向的剛度，通常情況下梁高度方向的剛度需超過梁沿跨度方向的12%，此時轉換層的梁才能將上部結構中的豎向荷載及橫向荷載向下部結構的柱墻中傳遞。

2.5 轉換層的位置

設計轉換層的位置時，不宜將轉換層的位置定于較高樓層，當布置的較高時，不利于轉換層的側向剛度和抗側力，極不利于結構的抗震。因此在設計時，將轉換層位置布置的相對較低，且將結構整體的剛度由下而上逐漸減小，提高轉換層的抗剪剛度及抗彎曲剛度，最大程度的降低結構的位移角，減小層間內力突變。

3 轉換梁的計算

對轉換梁進行設計計算時，先通過計算轉換層上部結構的荷載，再將荷載通過柱墻傳遞至轉換梁中，之后再將上部結構中的水平荷載進行累計計算，最終將水平荷載也傳遞至轉換梁中。根據(jù)荷載大小初步計算轉換梁的尺寸，最后根據(jù)結構所需剛度及承載力強度對轉換梁的尺寸進行調整。設計完成后對結構進行三維建模分析，由于是注重對于轉換梁的建模計算分析，當所設計的轉換梁承載力及其他性能滿足多種不同有限元模擬軟件的計算時，方可進行下一步工作。

結構整體及轉換梁計算完成后，對轉換層構件的平面局部應力進行計算。在進行驗算時，由于轉換層上下層的柱墻僅通過轉換梁進行連接，當柱與墻的連接方式出現(xiàn)輕微的不當時，計算時極易產(chǎn)生較大的誤差，從而影響施工后結構的正常受力。對空間結構進行建模分析時，以梁柱作為單元進行分析；對底框—剪力墻結構進行建模分析時，以墻作為單元進行分析。

4 轉換層中構件的相關計算

4.1 轉換柱的計算

在以轉換梁為轉換結構的結構形式中，需對轉換柱的軸壓比進行控制，調整轉換柱的軸壓比，使其具有良好的延性及抗震性能。當所設計的建筑結構抗震等級為一級時，需將轉換柱的軸壓比控制在0.6以下；當所設計的建筑結構抗震等級為二級時，需將轉換柱的軸壓比控制在0.7以下。

4.2 樓板的計算

樓板作為一般的豎向受力構件，而轉換層中的樓板作為主要豎向受力構件。在轉換層中，樓板作為豎向受力構件，同時也作為影響結構整體剛度構件，將轉換層中的樓板厚度增加，可提高樓板的整體剛度，同時還可使上部結構向下傳遞的剪力實現(xiàn)重分配。且在設計時盡量避免在轉換層中的樓板中開洞，若必須開洞時須在洞口四周設置暗梁。若需在底框結構中設置電梯時，需將電梯四周設置剪力墻，以增加結構的側向抗剪承載力，確保結構安全。

4.3 轉換梁的計算

在對轉換梁進行計算時，需對轉換梁的各部位受力情況進行詳細計算，避免因集中荷載較大而在梁端發(fā)生破壞。而在通常情況下，由于所有豎向荷載均通過梁身最終將荷載傳遞至梁端處，最終梁端首先發(fā)生破壞，因此對轉換梁進行設計時，可增大梁端尺寸，避免因梁端承載不足而提前產(chǎn)生破壞，從而影響建筑的正常使用功能。

5 結語

本文通過對高層混凝土結構中的轉換層結構尤其是梁式轉換層的設計原理及其相關應用進行簡要分析，得到在進行梁式轉換層設計時，需進行全面的考慮及相應的多次建模驗算分析，提高轉換層的強度及剛度的結論。同時確保所設計的建筑自下而上剛度變化為先剛再柔的原則，避免所設計的建筑在轉換層位置處出現(xiàn)剛度突變，提高所設計建筑的抗震性能及確保建筑的正常剛度變化。施工前，若設計人員發(fā)現(xiàn)結構施工圖中存在瑕疵或相應的偏差時，應通知施工單位對其進行相應變更，避免產(chǎn)生安全隱患，確保人們的生命財產(chǎn)安全及建筑的正常使用。

[1] 黃森才.建筑鋼筋混凝土梁式轉換層的施工技術[J].住宅與房地產(chǎn),2016(36):141.

[2] 徐志鋒,白紅濤.高層建筑梁式轉換層施工技術要點分析[J].河南科技,2016(24):44-46.

[3] 李蘇慧.高層建筑中梁式轉換層施工技術特點及難點分析[J].山西建筑,2016,42(35):106-107.

[4] 姚建勇.有梁式轉換層的高層建筑結構設計研究[J].低碳世界,2016(34):168-169.

[5] 孫新成.高層建筑鋼筋混凝土梁式轉換層施工技術研究[J].低碳世界,2016(32):162-163.

[6] 段耀美.建筑梁式轉換層結構設計分析與應用[J].四川水泥,2016(11):281.

[7] 張玉坤.鋼筋混凝土梁式轉換層施工技術在高層建筑施工中的應用探討[J].門窗,2016(10):92.

[8] 李 旭.高層建筑梁式轉換層結構設計研究[J].住宅與房地產(chǎn),2016(27):58.

Study on the design and application of girder transfer floor structure

Tian Chenwang

(TheInstituteofShanxiArchitecturalDesignandResearch,Taiyuan030013,China)

Through the analysis of the beam of high-rise building conversion layer structure design and application, get the beam type conversion layer in the main points of design of beam type conversion layer is prone to problems in the structure design were analyzed and put forward the corresponding proposal, to ensure the normal use of the building structure conversion layer and meet the corresponding seismic requirements.

high-rise building, transfer floor, lood-carryging memker, floor

1009-6825(2017)17-0053-02

2017-03-16

田晨旺(1986- )，男，助理工程師

TU318

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