高層建筑工程中厚板轉換層及抗震結構設計探討

梁志波

湖南化工設計院有限公司 湖南 長沙 410000

前言

高層建筑，作為地區進行現代化經濟建設水平的重要體現，其建設使用的安全可靠性直接決定了工程項目建設使用可持續性與耐久性。然而，在對高層建筑厚板轉換層與抗震結構進行設計控制時，因受建設環境與規范標準的限制，增加了設計科學合理性的控制難度。為此，工程建設者應從實踐角度出發，即在明確厚板轉換層與抗震結構的設計構造控制要點的情況下，提升工程項目建設使用的質量效果。如此，高層建筑工程建設的復雜性就會得到有效控制，進而促進所處地區建筑行業進行現代化經濟建設的快速穩定發展，最終滿足建筑用戶的可持續需求。

1 工程概況

湖南地區某高層建筑工程項目的總建筑面積約9萬m2，總高度約150m。其中一棟32層的寫字樓，設計建設為帶轉換層的底部大空間框支剪力墻結構，具有構造復雜且抗震設計難度大的特點。這里的設計控制難度在于，地處Ⅱ類施工場地土，即中軟場地土，抗震防烈度設計為6度。為在保證高層建筑厚板轉換層及抗震設計在滿足基本功能需求的情況下，降低建設工作開展難度，應根據工程項目的實際情況著手對設計要點及構造進行分析控制。相關人員應將其作為重點科研對象，以實現建筑行業高層化發展的安全可靠性目標[1]。

2 高層建筑工程中厚板轉換層的設計與構造控制

對于轉換板厚度的設計與構造控制，均應嚴格按照相關管理部門制定的規范要求進行，即采用SLAB計算方法、簡化計算模型以及手算復核等，來將板厚控制在2.0m，是最大柱距的1/3.6。此外，為增加結構板的抗裂能力，除了應在板的混凝土內部摻入10%的水泥用量膨脹劑外，還應在中部設置上下兩層直徑為14@260的雙向鋼筋網片。為增強板邊緣的抗扭能力，應在暗梁兩側設置直徑為14@260的腰筋。如此，就可防止板的端頭出現豎向與水平的劈裂病害。

由于本高層建筑厚板轉換層為大體積混凝土構件，因此，荷載的集度較大能夠有效避免溫度裂縫的發生。具體的建設共采用了以下措施方法，來實現此目標。在材料方面，設計采用低強度與低水化熱的水泥，并通過嚴格控制水泥用量，來保證結構作用的安全可靠性。此外，除了要在混凝土中摻入定量的減水劑外，還應摻入一定量的粉煤灰，以優化混凝土的可泵性能。為提高結構作用的抗裂效果，還應摻入10%水泥用量的UEA微膨脹劑。

對于板的中部應設置多處測溫點，并用微機進行自動化控制，即通過自動記錄溫度變化情況，以動態掌握混凝土結構內部的作用溫度。如此，就可在明確內外溫度差的情況下，使采取的保溫建設起到應有的作用。具體而言，為使混凝土內部厚板的內外溫差達到設計要求的小于25℃目標，應將板底模設計為兩層竹膠板夾與一層塑料薄膜，并通過地毯與塑料薄膜的覆蓋來實現薄膜層板下空間的封閉目標，進而減少冷空氣對流所帶來的負面影響。值得注意的是，構造設計控制人員應還應在板的中部位置埋設兩層直徑為50mm，間距為1.5m的循環冷卻水，以降低鋼管的溫度。同時，還應通過定期的養護與測溫結果，來控制結構鋼管的作用溫度[2]。

3 高層建筑工程中抗震結構的設計要點及構造

為保證本高層建筑工程主體結構能夠沿著豎向剛度以均勻狀態存在，繼而使轉換層的上下層剛度較為接近，應按照相關管理部門制定的規范標準進行抗震設計，即將轉換層上下的抗側移剛度比小2，并采用必要的措施方法來避免結構剛度突變為薄弱層。這里的措施方法有三：其一，中筒剪力墻的厚度，應設置為轉換層以下400mm；轉換層以上的設備層應為300mm厚；而五層以上的厚度應為240mm，即以逐漸減薄的設計來規避剛度發生突變[3]。

其二，工程轉換層以上的設備層層高應增至3.4m，轉換層以下的層高應減少至3.6m。此外，轉換層以上，應采用C40混凝土；轉換層以下，應采用C50混凝土。

其三，為使工程建筑上部住宅剪力墻的強度與層間位移滿足規范標準要求，應盡可能減少住宅剪力墻的數量，即將厚度減薄240mm或是200mm。對于開口較大的施工洞口環境，轉換層以上剪力墻連梁應盡可能減少高度，且轉換層以下的剪力墻厚度增加，以達到上部剛度減少與下部剛度增加的目的[4]。

此外，為使結構能夠將水平地層力傳遞至剪力墻，設計人員應將應力集中于樓層，即通過加厚樓板進行實現。由于框支柱的總剪力大于0.25Qo，因此，為強化框支柱的延性應將軸壓比控制在0.65，且配筋率控制在1.7%左右。與此同時，還應對柱箍筋進行全長加密，并在框支柱的內部增加芯筋，以實現柱縱向鋼筋的機械連接目標。如圖1所示，為縱向鋼筋的布置示意圖。

對于工程框支層剪力墻的軸壓比，應控制在0.4以下，且將配筋率和剪力墻結構的暗柱配筋率分別控制在0.6%與1.5%。如此，其結構體積的配箍率就可控制在1-2%之間，進而提高剪力墻結構的延性。由于轉換層上部與轉換層樓層墻體相近，一旦轉換層部位的剛度發生突變，樓層墻體也會受到剪力作用。為達到設計延性目標，相關人員應對轉換層以上的三層剪力墻與暗柱進行配筋的強化處理。

電算的設計，因轉換層上下兩層層高未按照高層建筑工程的剖面圖尺寸進行輸入，因此，厚板的板厚應以均勻狀態分于相鄰兩層的層高。由此，與梁式轉換層相比，厚板轉換層的層高變化就較為均勻，且豎向剛度的變化也呈均勻效果[5]。

4 結束語

綜上所述，高層建筑工程中的厚板轉換層及抗震結構設計，應結合工程項目的建設目標，如，建筑抗震結構強度與剛度設計要求，通過調整墻的厚度及配筋，來保證結構作用的延性效果。由于本高層建筑厚板轉換層為大體積混凝土構件，因此，荷載的集度較大能夠有效避免溫度裂縫的發生，設計采用低強度與低水化熱的水泥，并通過嚴格控制水泥用量，來保證結構作用的安全可靠性。故而，研究人員應將上述分析內容與科研成果更多地作用于實踐，以服務于現代化經濟建設的全面發展進程。