帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉濤

摘 ? ?要：隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)建筑質(zhì)量的要求也越來越高，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠提高建筑物整體質(zhì)量和性能，是高層建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。現(xiàn)代化進(jìn)程會(huì)推動(dòng)著高層建筑向更高、更復(fù)雜、功能更齊全、結(jié)構(gòu)更多樣的方向發(fā)展，為了更好地滿足現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢(shì)，就必須要加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)研究工作。因此，在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加以重視，以求能夠更好地實(shí)現(xiàn)高層建筑的設(shè)計(jì)和發(fā)展。

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)換層的具體結(jié)構(gòu)形式

高層建筑轉(zhuǎn)換層可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化較大樓層間荷載的傳遞，例如，某一建筑內(nèi)上部結(jié)構(gòu)為小開間，而下部結(jié)構(gòu)為大空間的商業(yè)用房，這就需要在兩個(gè)樓層間設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層，以實(shí)現(xiàn)上部框架結(jié)構(gòu)與下部剪力墻結(jié)構(gòu)間的荷載傳遞。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代高層建筑的轉(zhuǎn)換層類型主要有梁式、桁架式、箱形、板式等。而在我國建筑中設(shè)置轉(zhuǎn)換層的建筑多數(shù)選用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。

研究發(fā)現(xiàn)，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)具體如下幾種形式：（1）梁式轉(zhuǎn)換層，結(jié)構(gòu)受力性能明確，施工便捷，對(duì)于抵抗地震有著明顯的效果，多應(yīng)用在高層建筑底部空間較大的剪力墻結(jié)構(gòu)體系中。（2）箱形轉(zhuǎn)換層，其主要是由上下層較厚樓板與單雙向托梁所組合而成的，受力結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，多應(yīng)用在解決縱向與橫向結(jié)構(gòu)的受力轉(zhuǎn)換建筑中。（3）板式轉(zhuǎn)換層。該種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可以靈活地實(shí)現(xiàn)對(duì)上下層結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的有效布置。但是，此轉(zhuǎn)換層施工耗材量較大，且結(jié)構(gòu)自身也較大，其適用于上下柱網(wǎng)軸線錯(cuò)開情況嚴(yán)重以及較難實(shí)現(xiàn)采用梁結(jié)構(gòu)直接對(duì)上下結(jié)構(gòu)進(jìn)行承托的樓層中。（4）桁架式轉(zhuǎn)換層，該種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)傳力明確，且實(shí)際傳力途徑較為清晰，有著很強(qiáng)的靈活性，由于其構(gòu)造特點(diǎn)，導(dǎo)致施工復(fù)雜程度較高，該種結(jié)構(gòu)適用于轉(zhuǎn)換梁構(gòu)架跨度較大且上層負(fù)載也很大的樓層中。

2 ?帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)

綜合一些震害研究、試驗(yàn)及分析工作等可知，帶轉(zhuǎn)換層等的高層建筑結(jié)構(gòu)由于豎向布置及剛度變化，在地震作用下受力復(fù)雜，這也對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出特殊的要求：（1） 減少轉(zhuǎn)換。布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時(shí)，注意使盡可能多的上部豎向結(jié)構(gòu)能向下落地連續(xù)貫通，尤其框架核心筒結(jié)構(gòu)中核心筒應(yīng)上下貫通。（2） 傳力直接。布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時(shí)，注意盡量使水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)傳力直接，避免多級(jí)復(fù)雜轉(zhuǎn)換，慎重采用傳力復(fù)雜、抗震不利的平厚板轉(zhuǎn)換，如上下柱網(wǎng)確實(shí)無法對(duì)齊時(shí)，采用箱形轉(zhuǎn)換。（3） 強(qiáng)化下部、弱化上部。對(duì)于帶轉(zhuǎn)換層的剪力墻結(jié)構(gòu)或筒體結(jié)構(gòu)，可采取以下措施強(qiáng)化下部結(jié)構(gòu)：加大筒體及落地墻厚度、提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)、必要時(shí)可在房屋周邊增置部分剪力墻、壁式框架或樓梯間簡體、提高抗震能力;可采取以下措施弱化上部：不落地剪力墻開洞、減小墻厚等。（4） 優(yōu)化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。當(dāng)建筑功能需要以高位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先選擇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，如斜腹桿桁架、空腹桁架和扁梁等，同時(shí)要注意需滿足重力荷載作用下強(qiáng)度、剛度要求。（5） 計(jì)算全面細(xì)致。須將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要組成部分采用符合實(shí)際受力變形狀態(tài)的計(jì)算模型進(jìn)行三維空間整體結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。必要時(shí)采用有限元方法對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部補(bǔ)充計(jì)算，并注意模型邊界條件符合實(shí)際工作狀態(tài)。

3 ?高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 ?抗震設(shè)計(jì)

由于高層建筑的轉(zhuǎn)換層會(huì)導(dǎo)致豎向上的剛度突變，在受到地震影響時(shí)容易成為薄弱點(diǎn)，影響到建筑整體的抗震性能，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下 幾點(diǎn)：（1）盡可能減少豎向構(gòu)件的轉(zhuǎn)換數(shù)量。只有增加直接落地的豎向構(gòu)件的數(shù)量，才能夠有效減少其轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與剛度突變的數(shù)量，進(jìn)而改善建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。（2）在設(shè)置轉(zhuǎn)換層時(shí)，盡可能選擇高層建筑豎向位置上較低的區(qū)域。（3）為便于對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，保障施工質(zhì)量的提升，應(yīng)盡可能對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并選擇傳力途徑清晰的形式，在滿足安全性和經(jīng)濟(jì)性的前提下盡可能降低轉(zhuǎn)換層的剛度。

3.2 ?轉(zhuǎn)換層總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）下部主體剛度配置。由于豎向剛度的突變有著較為復(fù)雜的變化，因此在設(shè)計(jì)抗震措施時(shí)應(yīng)確保上下主體結(jié)構(gòu)滿足總剪切度的要求，這可以通過剪力墻的增設(shè)、豎向構(gòu)件截面尺寸的增加以及混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提升來實(shí)現(xiàn)。

（2）剪力墻的合理配置。設(shè)計(jì)人員必須注意傳遞上下剛度時(shí)剪力墻所造成的影響，其剛度的突變可以借助以下方式解決： 降低上部剛度，避免在上部進(jìn)行剪力墻的設(shè)置，同時(shí)增加下部剛度，若條件許可還可以進(jìn)行落地剪力墻的設(shè)置，此外還要確保其設(shè)置的均勻和對(duì)稱，避免太過集中。

（3）轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度的合理選擇。在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)時(shí)，必須做到剛度選擇科學(xué)合理。若剛度偏大，豎向結(jié)構(gòu)會(huì)激增，同時(shí)還會(huì)引發(fā)地震反應(yīng)，引起受力情況的惡化、材料損耗的增加和成本的上升; 若剛度偏小，其上部豎向構(gòu)件將會(huì)出現(xiàn)較大的沉降差，在引發(fā)水平構(gòu)件中次應(yīng)力的同時(shí)增加配筋。

3.3 ?構(gòu)件設(shè)計(jì)

（ 1） 框支柱設(shè)計(jì)。框支柱是轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中非常重要的部分，能夠極大地影響結(jié)構(gòu)整體安全性能。由于受到多種因素的綜合影響，樓板會(huì)在實(shí)際施工過程中出現(xiàn)形變，剪力墻也有較高幾率產(chǎn)生裂縫，這都會(huì)引起剛度的降低，進(jìn)而增加框支柱剪力。所以，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，必須參考相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保框支柱抗剪能力的提升。不僅如此，還應(yīng)將框支柱上方墻體縱筋向墻體內(nèi)層延展，這可以顯著強(qiáng)化轉(zhuǎn)換層的連接關(guān)系。

（2）框支梁設(shè)計(jì)。作為荷載的傳輸紐帶，框支梁能夠大幅強(qiáng)化框支剪力墻所擁有的抗震性能。由于剪壓比能夠在一定程度上影響到框支梁的截面尺寸，因此框支梁的截面高度需要通過計(jì)算得出。總的來說，框支梁截面的受力相對(duì)復(fù)雜，其所承受的力也較大，因此在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)必須充分考慮受力情況。框支梁是減震、抗震的重要構(gòu)件，能夠大幅提升抗震性能，因此具有著較重要的設(shè)計(jì)意義。在進(jìn)行實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)依照強(qiáng)剪弱彎的原則，增加箍筋的數(shù)量，確保其與縱筋數(shù)量達(dá)成平衡。

（3）轉(zhuǎn)換層樓板設(shè)計(jì)。通過轉(zhuǎn)換層，框支剪力墻可分為兩部分，其上部和下部的受力存在差異。在上部，外部荷載所帶來的水平力的分配是依照剪力墻剛度的不同而進(jìn)行的;在下部，落地剪力墻所具備的剛度差異較大，水平剪力的大多數(shù)都是由這一結(jié)構(gòu)承擔(dān)，位于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的荷載分配也相當(dāng)不均。總體來說，轉(zhuǎn)換層的樓板負(fù)責(zé)的是上、下剪力的分配，其使用過程中出現(xiàn)的變形幅度相對(duì)較大，所受的力也較強(qiáng)，因此只有確保其具有足夠大的剛度才能確保轉(zhuǎn)換任務(wù)的完成。在進(jìn)行梁式轉(zhuǎn)換層筒體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)依照框支剪力墻的框支框架來確定其轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱的抗震等級(jí)。

4 ?結(jié)束語

隨著我國城市化進(jìn)程的深入發(fā)展，城市用地面積急劇減小，城市用地極為緊張，高層建筑的出現(xiàn)很好地緩解了城市用地緊張問題，其地位也越來越重要。轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換形式復(fù)雜，而轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)又是高層建筑設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，為保證高層建筑的建造質(zhì)量，就必須要深入研究和掌握轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并在實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中，合理設(shè)計(jì)布置轉(zhuǎn)換層，分析整體結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的良性發(fā)展。

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