談高層建筑梁式轉換層結構設計

王鳳平　魯存玉

摘 要：在高層建筑的施工中，進行整體建筑的穩定性和保障是非常有必要的。為了對高層建筑梁式轉換層進行穩定性設計，在滿足施工要求的同時，還要保證高層建筑的施工質量，所以需要在結構設計上進行充分的論述。

關鍵詞：高層建筑;施工設計;轉換層結構

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.070

進行高層建筑的建設，是由于當前土地資源逐漸短缺，不得不選擇的一種新的建筑模式。高層建筑在建設過程中，最受人們關注的是安全性和穩定性，而作為高層建筑中的重要結構，梁式轉換層的結構，承擔著上下雙層的壓力，需要對荷載進行合理的配置，解決長期的壓力帶來的變形問題等。因此，施工前期、中期、后期，在梁式轉換層的設計方面，都針對不同的功能設定進行設計，以滿足整體建筑的需要。

1 梁式轉換層的設計準則

進行梁式轉換層的設計，要考慮豎直構件的使用數量，施工中，對于施工數量要求有一定的規格，尤其是剛度問題上，避免由于過多地使用導致的轉換層的隱患發生。再就是要注意嚴格分配比例。按照轉換層的設計要求，確保發揮轉換層的作用，確保施工的實際受力均衡性，保證內力承受能力要得到內力發揮。受力精準性也是進行梁式轉換層的結構設計需要注意的問題，在施工的時候，保證以公式計算為基礎，促進梁式轉換層要保證受力均勻性，提高高層建筑的受力標準型。在進行梁式轉換層的強度分配上，保證基礎受力不能隨意。對于強度進行分配，保證梁式轉換層的受力不均勻，對強度進行合理分配，發揮其高層建筑空間轉換整體設計能力[1]。

2 案例分析

某酒店總建筑面積約6.3萬m2。地下2層，塔樓建筑地上23層，總高度98米;裙樓地上4層，功能為綜合商業。塔樓立面為漸變的不規則自由曲面，凹進或突出。建筑整體的重心與形心偏置，在豎向荷載作用下有傾覆的趨勢，需要結構設計進行深入的分析。

2.1 塔樓結構模型

建筑平面像顆“花生”，平面形狀和柱位隨著建筑外形變化，沒有標準層。甚至算上建筑面層高度內的退進，建筑邊線與結構板邊線也不同。設計師畫平面圖畫得一度崩潰（不堪回首）。借助了BIM支持，協調了建筑、結構、設備和幕墻的空間關系。平面尺寸約56m×29m，長寬比約為2：1。核心筒更加狹長形，長寬比約為3.3：1，因此結構X、Y方向的剛度相差較大，并且抗扭剛度較弱[2]。

2.2 框支柱的設計結構體系

塔樓的結構體系為鋼框架-鋼筋混凝土核心筒。為配合建筑立面的曲線形凹進、突出，大量應用了隨著立面曲折的斜柱。為了滿足底部大堂的使用空間和效果，底部5層以下采用V形斜柱，平面內傾斜角度約為17°。在第5層高位轉換承接塔樓鋼框架柱。

2.3 框質量的設計分析以及結構布置

因為建筑整體的重心偏置，同時V形柱內傾導致抗傾覆力臂減小，結構設計時剛度平衡和抵抗傾覆是關鍵點之一。通過調整核心筒剪力墻的長度、厚度、長墻開洞，增強了結構短向的抗側剛度以及整體抗扭剛度。對于芯筒狹長形的結構，建筑的房間、走廊、電梯廳等不同功能區域的凈高需求和設備管線各不相同。確定轉換層的梁高相對建筑協調和設備管線來說更加重要。設計中V型柱采用焊接箱形截面，700x700x35～40mm，內灌C50混凝土，以增大構件剛度和承載能力。上部鋼框架柱焊接箱形截面500x500x30mm，隱藏在房間隔墻內。由于大部分樓層內存在斜柱，本項目樓面采用了平面內剛度更好的鋼筋桁架組合樓板。

3 高層建筑梁式轉換層的設計要點以及常規結構分析

（1）對結構做常規的分析，包括動力特性、小震和風荷載下的整體剛度、承載力、規則性（剛度比、抗剪承載力比、位移比、質量分布等），以及構件設計、樓板應力、彈性時程分析等，在此不詳細展開了。

（2）對于豎向布置的設計，考慮到上方剪力墻的轉換層的豎向受力，保證結構穩定，采用高級配的混凝土材料，提升糧食轉換層的穩定程度，做好平面的布局和設計，圍繞梁式轉換層的周邊，增強強度的同時，保證高層建筑的扭轉和穩定性能，使得水平方面的位移能夠得到距離的控制，達到扭轉標準，提高梁式轉換層的扭轉能力，使用可靠的控制途徑，控制好平面布局的數據，避免出現誤差。從周期比看，設計的結構抗扭剛度較好建筑Y方向建筑迎風面較大，風荷載作用下的基底剪力約為小震的83%。因此，結構抗側力設計由地震作用和風荷載共同控制。

（3）對于轉換層上下豎向構件不連續，并且存在躍層柱、V柱、斜柱的情況，計算轉換導上下剛度比時需特別仔細地研究，以免誤判。塔樓結構因為存在扭轉不規則、V型柱、斜柱、高位轉換等超限情況，需要進行超限專項審查，其抗震性能化設計目標定為C級。V形柱是結構的關鍵構件，按性能化目標中震彈性設計。箱形截面內灌混凝土，有效地降低了V柱軸壓應力水平。中震組合下柱頂最大應力比0.81，柱底0.58（軸力為主）。

（4）V柱的豎向荷載大，且跨躍了多個樓層，無支撐長度達16.0m，應驗算其穩定性能。V柱與周邊構件連接較少，結構局部冗余度較低。一旦發生V形柱突然失效的極端情況，結構整體的受力狀態和傳力路徑將發生很大變化，需要考查抗連續性倒塌能力。轉換樓層，在豎向荷載下V形斜柱軸力的水平分量，將導致轉換樓層內產生很大的拉力，由樓面鋼梁和樓板共同承擔。

4 結語

為了減小樓面鋼梁和樓板的應力，在本層樓板內布置預應力鋼筋，才最小的代價實現了拉力的自平衡。在轉換層核心筒內布置了水平貫通的型鋼，適當加強了轉換層的板厚和轉換樓層在豎向荷載下斜柱軸力的水平分量，將導致轉換樓層內產生很大的拉力，由樓面鋼梁和樓板共同承擔。為了減小樓面鋼梁和樓板的應力，在本層樓板內布置預應力鋼筋，才最小的代價實現了拉力的自平衡。此外，還在轉換層核心筒內布置了水平貫通的型鋼，適當加強了轉換層的板厚和配筋。

參考文獻：

[1]張輝.梁式轉換層建筑施工技術研究[J].建材發展導向（上），2019，17（01）：238.

[2]阮鳴.帶梁式轉換層結構的高層建筑結構設計[J].中國房地產業，2019（02）：236.