關(guān)于高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略的探析

摘要：本文主要從高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的概述，闡述了高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)方法，并加以項(xiàng)目實(shí)例分析進(jìn)行了探討，最后提出了高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

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

1、高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的概述

近年來(lái)，城市化進(jìn)程的速度不斷加快，使得城市土地資源的日益稀缺，在城市向外擴(kuò)張的同時(shí)，高層建筑逐漸成為城市建設(shè)發(fā)展的趨勢(shì)，而作為新時(shí)期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，為滿足當(dāng)前人們對(duì)建筑功能需求日益增長(zhǎng)的現(xiàn)狀下，給建筑留下更大的內(nèi)部空間，促進(jìn)建筑網(wǎng)狀的擴(kuò)大而降低墻體的修建規(guī)模，且為在建筑結(jié)構(gòu)的上層開(kāi)設(shè)小空間，就必須利用多層墻體來(lái)實(shí)現(xiàn)，但實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，由于豎向桿件難以貫通接地，導(dǎo)致難達(dá)到高層建筑結(jié)構(gòu)與功能的銜接，此時(shí)就必須利用水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)連接下部的豎向桿件，以此來(lái)滿足高層建筑對(duì)各項(xiàng)功能的需要，而這種結(jié)構(gòu)就稱之為轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。

2、高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)方法

2.1梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

主要是將墻轉(zhuǎn)換成梁柱的形式，采用這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工成本低，因此廣泛應(yīng)用于高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中。在實(shí)踐過(guò)程中，由于建筑結(jié)構(gòu)多樣化，使得轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)形式也趨于多樣化。轉(zhuǎn)換梁所承受的荷載力來(lái)源于豎向桿件荷載作用下的受力情況。通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)性形式轉(zhuǎn)換梁的受力規(guī)律進(jìn)行分析和研究，可了解轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)方法受荷載作用和轉(zhuǎn)換層的形式影響較大。

2.2桁架式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

該轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)主要是由上述的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式演變而來(lái)，其整個(gè)轉(zhuǎn)換層是由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組成，桁架結(jié)構(gòu)的上下桿件布置在轉(zhuǎn)換層的上下樓面結(jié)構(gòu)層內(nèi)。雖然桁架式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的整體性能好，但施工難度較大，其重點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)受力較大時(shí)，易剪切破壞，增加配筋量；桁架式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)高度要求較為嚴(yán)格，因此，在施工中，要嚴(yán)格控制高度，避免地震作用下造成破壞。

2.3箱式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

箱式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式是單向、雙向托梁與上下層樓板之間共同工作情況下形成的。其整體性能較好，在上下層結(jié)構(gòu)布置過(guò)程中，具備有效的傳力。從高層建筑結(jié)構(gòu)來(lái)看，其占用太大的空間，不適用于住宅轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)，由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)常會(huì)與設(shè)備布置和管道布置發(fā)生沖突。這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式缺點(diǎn)是自重大，施工成本高。

2.4厚板厚梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

高層建筑結(jié)構(gòu)中，當(dāng)上下柱網(wǎng)軸線錯(cuò)開(kāi)較大，需用厚板直接承重，形成厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式可以靈活布置下層柱網(wǎng)，不需要與下層結(jié)構(gòu)對(duì)齊。但是，采用這種結(jié)構(gòu)形式的自重大，施工材料消耗較大，使得成本增加。厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大，使上層結(jié)構(gòu)的布置更加方便；由于傳力模糊不清，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)計(jì)算受到限制，影響整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3、工程實(shí)例分析

某地區(qū)一保障性住房建設(shè)項(xiàng)目，主體建筑地上33層，1～3層為集中商業(yè)，4-33層為保障性安置房，地下2層，為地下停車場(chǎng)。因考慮建筑功能，本工程主體結(jié)構(gòu)采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層設(shè)置在結(jié)構(gòu)的第四層。

3.1轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)

從建筑整體功能的考慮，建筑底部的樓層需要大空間，而上層的空間結(jié)構(gòu)開(kāi)間則相對(duì)較小，所以，主要采用轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。且一般上部采用剪力墻結(jié)構(gòu)，而底層采用設(shè)置轉(zhuǎn)換層對(duì)部分剪力墻進(jìn)行轉(zhuǎn)換。框支剪力墻結(jié)構(gòu)需要布置部分落地剪力墻，并加大墻壁厚度。在框支剪力墻結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)換層的上一層最好不要在墻體附近設(shè)置邊門洞，也不宜在中柱上方設(shè)置任何孔洞。本工程采用梁式轉(zhuǎn)換，受力更明確，設(shè)計(jì)施工也簡(jiǎn)單，特別適用于上部為剪力墻的轉(zhuǎn)換層。

3.2建筑結(jié)構(gòu)的整體分析

本項(xiàng)目采用PKPM-SATWE進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)計(jì)算考慮偶然偏心地震作用，扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)及施工模擬，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)嵌固端取在地下室頂板處。靜力分析結(jié)果表面，結(jié)構(gòu)以扭轉(zhuǎn)為主的第1自振周期T1與平動(dòng)為主的第1自振周期T1的比值均不大于0.90。在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移比值基本不大于1.2，且水平位移及層間位移較小，各樓層的本層位移角均不大于上層位移角的1.2倍及上3層平均位移角的1.2倍，說(shuō)明結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度規(guī)則。

3.3轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)

3.3.1框支梁設(shè)計(jì)

本工程框支梁抗震等級(jí)為一級(jí)，要求其配筋率應(yīng)大于0.50%。因框支梁的受力不均勻，梁中存在較大的軸力，因此應(yīng)配備一定的腰筋量及支座通長(zhǎng)筋。作為抗震的重要構(gòu)件，框支梁的受剪很大，應(yīng)遵循“強(qiáng)剪弱彎”的方針，在縱筋數(shù)量較多的前提下，加強(qiáng)箍筋的配置。

3.3.2框支柱設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目框支柱的抗震等級(jí)為特一級(jí)，為保證框支柱的延性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格控制框支柱的軸壓比不大于0.60；柱體積配箍率不應(yīng)小于1.6%；全部縱向鋼筋的最小配筋率不小于1.6%。此外，在上部墻體范圍內(nèi)的框支柱縱向鋼筋應(yīng)伸入墻體內(nèi)不少于一層，強(qiáng)化轉(zhuǎn)換層上下之間的連接；位于墻體范圍外的縱筋應(yīng)采取水平錨入轉(zhuǎn)換層梁板內(nèi)的方法，達(dá)到錨固要求。

3.3.3轉(zhuǎn)換層樓板設(shè)計(jì)

部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)換層樓板是重要的傳力構(gòu)件，主要負(fù)責(zé)完成上下部分剪力重分配，不落地剪力墻的剪力需要通過(guò)轉(zhuǎn)換層樓板傳遞到落地剪力墻，轉(zhuǎn)換層樓板自身存在受力大、變形大特點(diǎn)，必須要有足夠的剛度來(lái)支撐。因此本工程轉(zhuǎn)換層樓板厚度取180mm，采用Ф12@150雙層雙向拉通。樓板中的鋼筋應(yīng)錨入邊梁及墻體內(nèi)La。

4、高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

1、由于在高層建筑中設(shè)置轉(zhuǎn)換層會(huì)導(dǎo)致其豎向的剛度出現(xiàn)變化，所以，在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能地減少豎向構(gòu)件的使用，進(jìn)而減少轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，在降低由于剛度突然變化的情況下帶來(lái)的影響的同時(shí)提高建筑的抗震性能，在此基礎(chǔ)上，高層建筑豎向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量選擇位置較低的部位，進(jìn)而為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2、為了滿足高層建筑抗震設(shè)計(jì)的要求，需要對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上下層結(jié)構(gòu)的總體剛度進(jìn)行有效的處理，避免剛度突變地震作用下帶來(lái)的危害。因此，在設(shè)計(jì)中，通常采用加大截面尺寸、加強(qiáng)混凝土強(qiáng)度、增加剪力墻等方法來(lái)強(qiáng)化剛度。

3、高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的剛度要控制在地震作用影響的范圍之內(nèi)，不宜過(guò)大，也不宜過(guò)小，剛度太大，地震作用下容易增加建筑物地震發(fā)應(yīng)，剛度太小又會(huì)影響建筑物上下層結(jié)構(gòu)的受力作用。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，剛度的控制是非常重要，同時(shí)在材料的消耗方面也要進(jìn)行有效的控制。

5、結(jié)語(yǔ)

總之，新時(shí)期高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，高層建筑轉(zhuǎn)換層是建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們要充分意識(shí)到加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，并切實(shí)做好各種結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)，且結(jié)合實(shí)際針對(duì)性的確定結(jié)構(gòu)的形式，以最大化的確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，為整個(gè)高層建筑的施工提供科學(xué)的施工依據(jù)，進(jìn)而保障建筑物的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]包梅香.淺談高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].江西建材，2013，03