高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

莫海剛

（身份證號：1325291976****3814）

一、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)概念的提出

近年來，國內(nèi)外高層建筑發(fā)展迅速，現(xiàn)代建筑越建越高、越建越大，其建筑向著體形復(fù)雜、功能多樣的綜合性方向發(fā)展。從建筑功能上看，上部需要小開間的軸線布置和需要較多的墻體以滿足公寓客房的功能要求：中部則需要小的或中等大小的室內(nèi)空間，可以在柱網(wǎng)中布置一定數(shù)量的墻體以滿足辦公用房的功能要求：下部需要盡可能大的自由靈活的室內(nèi)空間，要求柱網(wǎng)大、墻體盡量少，以滿足商場、餐飲等公共設(shè)施的功能要求。從建筑結(jié)構(gòu)上說，要想實現(xiàn)建筑使用功能的多樣性，結(jié)構(gòu)應(yīng)上部布置小空間、下部布置大空間：上部布置剛度大的剪力墻，下部布置剛度小的框架柱。為了實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)布置，必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，上部豎向構(gòu)件通過水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與下部豎向構(gòu)件相連，這樣構(gòu)成的高層建筑結(jié)構(gòu)稱為帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)（Transfer Floor Structure）將不同的結(jié)構(gòu)類型連接起來，使得結(jié)構(gòu)在豎向具有不同的柱網(wǎng)及墻體布置。

二、轉(zhuǎn)換層設(shè)計原則

高層建筑中轉(zhuǎn)挨層的設(shè)置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時在轉(zhuǎn)換層上下容易形成薄弱環(huán)節(jié)，對結(jié)構(gòu)抗震不利，故轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：

1.減少轉(zhuǎn)換

布置轉(zhuǎn)換層時，當(dāng)上下主體是豎向結(jié)構(gòu)時，尤其對于有框架核心筒結(jié)構(gòu)中核心筒的情況時，應(yīng)該注意使盡可能多的上部豎向結(jié)構(gòu)，并且能向下落地連續(xù)貫通。

2.傳力直接

傳力直接能夠?qū)φw結(jié)構(gòu)有很好的轉(zhuǎn)換作用，布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該盡量避免多級復(fù)雜轉(zhuǎn)換，這樣使水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)傳力直接，而且慎重采用傳力復(fù)雜、抗震不利的厚板轉(zhuǎn)換，如上下柱網(wǎng)確實無法對齊時，盡量采用箱形轉(zhuǎn)換。

3.優(yōu)化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

當(dāng)建筑功能里面考慮到抗震設(shè)計，宜優(yōu)先選擇如斜腹桿桁架(包括斜撐)、空腹桁架和扁梁等，不致引起地震作用下框支柱(邊柱)柱頂彎矩過大、柱剪力過大的結(jié)構(gòu)形式。同時要注意需滿足重力荷載作用下強度、剛度要求。

4.保證強度

設(shè)計中應(yīng)當(dāng)確保轉(zhuǎn)換層有足夠的剛度，一般應(yīng)使梁的高度不小于跨度的六分之一，才能保證內(nèi)力在轉(zhuǎn)換層及其下部構(gòu)建中分配合理，轉(zhuǎn)換梁、剪力墻柱有良好的受力性質(zhì)，能較好的祈禱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換作用。

三、高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)實例設(shè)計探討

高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)實例設(shè)計中設(shè)計到的問題繁多，在這里以某高層建筑設(shè)計為例，探討其中的一兩點問題。

（一）工程概況

該工程地下二層,地上裙房三層,總層數(shù)二十八層。一層.二層高為4.5米,三層層高均為5.5米,四層至三十一層層高均為3.0米,建筑物總高89.95m。該工程地下二層為車庫及平戰(zhàn)結(jié)合的六級民防地下室,地下一層為車庫及商鋪。地上部分一～三層為商場,四～二十八層為住宅。建筑抗震設(shè)防類別：為丙類;抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計基本地震加速度0.05g，設(shè)計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類。轉(zhuǎn)換層設(shè)在第三層樓面。本工程選用梁氏轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計施工。

（二）設(shè)計計算要點

本工程選取合適的三維空間分析軟件進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)計算分析。建立了能反映結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的實際受力狀況的力學(xué)模型?？拐鹩嬎阒?，考慮平扭耦聯(lián)計算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)取21，且振型參與質(zhì)量略大于總質(zhì)量的90%。應(yīng)采用彈性時稱分析法進(jìn)行了補充計算；本工程為 8度抗震設(shè)計時，轉(zhuǎn)換構(gòu)件考慮到了豎向地震的作用，采用動力時程分析方法計算；框支轉(zhuǎn)換中，由于轉(zhuǎn)換層以下的落地剪力墻剛度遠(yuǎn)大于框支柱，為提高剪力墻裂縫開展后框支柱的承載力安全度，對本工程框支柱的剪力作相應(yīng)調(diào)整。本工程對于轉(zhuǎn)換層以及底部加強部位給予特別加強，體現(xiàn)“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強底層柱底”、“強底層墻底”等的一系列內(nèi)力設(shè)計值調(diào)整系數(shù)均按照規(guī)范進(jìn)行考慮設(shè)計。

（三）構(gòu)造設(shè)計

構(gòu)造措施首先對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念設(shè)計，采用必要的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施是保證抗震設(shè)防要求的重要手段。本工程采用了以下一些構(gòu)造措施：

1.加強底部框支層的剛度和延性。根據(jù)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比值在抗震設(shè)計時不應(yīng)大于2。為了減小上下層剛度比，底部兩層核心筒及剪力墻厚度300mm，混凝土強度等級C35～C25；3層以上為200mm，混凝土強度等級C35～C25。由于核心筒位置較偏，北向剛度較大，因此在底部南邊位置適當(dāng)部位增設(shè)了剪力墻，使剛心和質(zhì)心盡量重合，也提高了底部剛度，使其滿足剛度比限值。

2.加強轉(zhuǎn)換層樓板的剮度及延性，確保水平荷載的可靠傳遞，樓板厚度取為180mm，雙層雙向配筋，每層每方向的配筋率為0.25%，加強了整體性。

（四）抗震等級的確定

本工程轉(zhuǎn)換層以下為框架——剪力墻結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層以上為純剪力墻結(jié)構(gòu),是多種結(jié)構(gòu)形式共存的復(fù)雜高層建筑,因而不能象單純的框架結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)那樣籠統(tǒng)地確定抗震等級,而應(yīng)該嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范的不同章節(jié),有針對性地分別確定結(jié)構(gòu)體系各部位不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級,這是設(shè)計的關(guān)鍵點。

四、結(jié)束語

結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層,是高層建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位,結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計方法,直接影響高層建筑的工程質(zhì)量。因此,在設(shè)計中采用技術(shù)上先進(jìn),經(jīng)濟(jì)上合理的方案,歷來是建筑業(yè)工程設(shè)計人員所追求的目標(biāo)。