帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

阮鳴

摘要：本文筆者結(jié)合某綜合建筑實(shí)例，從框支柱、框支梁、轉(zhuǎn)換層樓板、抗震等級(jí)、平面布局等方面分析了帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，論述了帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。對(duì)提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確度有很大的幫助，確保了高層建筑的施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)；高層建筑；剪力墻

帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)控制建筑內(nèi)部受力均衡性來(lái)確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，它具有良好的發(fā)展前景。因?yàn)楦邔咏ㄖ喜拷Y(jié)構(gòu)薄弱下部結(jié)構(gòu)比較緊湊，所以轉(zhuǎn)換層的穩(wěn)定性要有新的突破。如今，高層建筑功能呈現(xiàn)多元化，建筑上部做居住使用，采用密集的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建筑底部和中部做商業(yè)使用，采用稀疏的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。把帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)應(yīng)用到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，保證能夠建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力的穩(wěn)定性，對(duì)提升建筑受力的穩(wěn)定性起了很大作用。

一、工程概況

某綜合建筑項(xiàng)目總建筑面積47391.86m2，其中包括地上28層，地下2層。地下1層為儲(chǔ)藏室及設(shè)備用房；地上1層-3層做商業(yè)與其他用途；地上4層-28層為住宅建筑。地下1層層高為3.6 m，管道層層高為1.8 m，地上1層層高4.8 m，地上2-3層層高5.5 m，地上3層～28層層高均為3.0 m，室內(nèi)外高差0.60 m，建筑總高度88.9 m。結(jié)合各種形式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)缺點(diǎn)，把地上1層設(shè)置成框支轉(zhuǎn)換層、地上1層以上為純剪力墻，這方便了建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力的傳遞也滿足了建筑結(jié)構(gòu)空間使用功能的需要。要注意在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)結(jié)構(gòu)大空間使用功能性要求杜絕結(jié)構(gòu)豎向剛度差距明顯的問(wèn)題出現(xiàn)，嚴(yán)格按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求對(duì)帶梁式轉(zhuǎn)換層上下部分的側(cè)向剛度比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，盡量減小剪力墻上門的窗洞口調(diào)整底部剪力墻的強(qiáng)度等級(jí)與厚度，讓結(jié)構(gòu)形成一個(gè)封閉的筒體。

二、帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）框支柱

對(duì)于框支柱的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在地震組合下根據(jù)高層建筑能夠承受的地震級(jí)別，確定帶梁式轉(zhuǎn)換層框支柱的截面及配筋，依據(jù)軸力值設(shè)計(jì)框支柱參數(shù)，調(diào)整數(shù)據(jù)參數(shù)、增加結(jié)構(gòu)的受力強(qiáng)度、明確框支柱設(shè)計(jì)的數(shù)量。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該科學(xué)準(zhǔn)確的計(jì)算剪力墻與框支柱的受力情況，根據(jù)框支柱軸壓計(jì)算框支柱的截面尺寸，控制建筑轉(zhuǎn)換層的框支柱受力范圍，確保在工程設(shè)計(jì)中框支柱具有足夠的延性。根據(jù)放大后的彎矩設(shè)計(jì)值，通過(guò)框支柱的柱頂彎矩乘以放大系數(shù)方式來(lái)配筋。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需按規(guī)定設(shè)置支柱承受的地震剪力。表現(xiàn)在：當(dāng)每層帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中框支柱的數(shù)量不超過(guò)10根時(shí)，如果底部框支層設(shè)在1層-2層，必須確保每一根框支層以上，每一個(gè)框支柱所承受的剪力必須大于3%。如果建筑每一層框支柱的數(shù)量超過(guò)10根時(shí)，當(dāng)1 層-2層的建筑底部框支層所承受的剪力，必須大于結(jié)構(gòu)基底剪力的20% ，框支層剪力全部設(shè)在3層以及3層以上，必須將每一層框支柱所承受的剪力控制在30%以上。在完成框支柱剪力設(shè)計(jì)工作后，還要按照規(guī)定要求，認(rèn)真觀察框支梁的剪力、彎矩和框支柱的軸力變化情況，及時(shí)調(diào)整每一層框支柱與柱端框架梁的彎矩，再對(duì)應(yīng)調(diào)整框支柱剪力，這樣就不影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)層所承載的剪力。而且，需做好抗震等級(jí)的設(shè)計(jì)工作，采用復(fù)合螺旋箍或井字復(fù)合箍綁扎轉(zhuǎn)換柱鋼筋，，沿著框支柱實(shí)施全高加密，并控制鋼筋綁扎的直徑與間距，確保直徑大于10mm、間距小于100mm，來(lái)設(shè)計(jì)每一層框支柱的縱向鋼筋配筋率。

（二）框支梁

框支梁的受力具有復(fù)雜性，，它是上下層荷載的傳輸重心和提升框支剪力墻抗震性能的核心部位，它的受力與其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)要大。所以一定要嚴(yán)格按照高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)框支梁。如果建筑項(xiàng)目的轉(zhuǎn)換梁上、下部縱向鋼筋系非抗震設(shè)計(jì)，最小配筋率必須大于0.3%；如果抗震等級(jí)為特一、一級(jí)和二級(jí)，最小配筋率必須大于0.6%、0.5% 和0.4%，還要在框支剪力墻結(jié)構(gòu)中的框支梁上、下縱向鋼筋和腰筋節(jié)點(diǎn)位置實(shí)施錨固，再檢查水平段，確保大于0.4lab（非抗震）或者是大于0.4labE（抗震設(shè)計(jì)）伸至柱邊，梁上部第一排縱向鋼筋應(yīng)向柱內(nèi)彎折錨固，為不影響整體施工質(zhì)量，錨固延伸到梁底的長(zhǎng)度不能低于非抗震設(shè)計(jì)la，或者是抗震設(shè)計(jì)laE；如果建筑轉(zhuǎn)換層梁上部配置的鋼筋屬于多排縱向，技術(shù)人員可通過(guò)調(diào)整梁上部?jī)?nèi)部的錨固鋼筋的長(zhǎng)度，確保水平段、彎下段的長(zhǎng)度值大于鋼筋錨固長(zhǎng)度非抗震設(shè)計(jì)的la。設(shè)計(jì)人員應(yīng)堅(jiān)持強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)底層柱底、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)底層墻的原則，來(lái)避免框支梁發(fā)生形變，影響到整個(gè)帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，提升抗震性能。

（三）轉(zhuǎn)換層樓板

在設(shè)計(jì)框支剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，要按照各個(gè)建筑施工控制點(diǎn)中剪力墻剛度均勻分布于上部樓層的特點(diǎn)，以轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)為分界線，再結(jié)合框支柱和落地剪力墻之間的剛度要求、水平剪力在轉(zhuǎn)換層的荷載分配時(shí)容易發(fā)生形變，還有轉(zhuǎn)換層樓板自身平面受力情況，因?yàn)槭苌舷陆Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的受力分布影響；所以必須提升轉(zhuǎn)換層樓

（四）抗震等級(jí)

轉(zhuǎn)換層在進(jìn)行高層建筑施工的過(guò)程中起到承上啟下的作用，轉(zhuǎn)換層以下作為框架式的剪力墻，以上均是剪力墻。設(shè)計(jì)與施工過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜，為保證抗震等級(jí)與實(shí)際建筑的帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)受力均勻，在實(shí)際設(shè)計(jì)中要考慮到高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的抗震等級(jí)，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)地震級(jí)配加以規(guī)范。在對(duì)于帶梁式轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)高層建筑抗震等級(jí)是很重要的，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵控制點(diǎn)是高位轉(zhuǎn)換層作為帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的加強(qiáng)區(qū)；所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)按照具體情況提升抗震等級(jí)與性能，以緩解部分地震受力面積。

（五）平面布局

帶梁式轉(zhuǎn)換層的平面設(shè)計(jì)主要是選用對(duì)稱設(shè)計(jì)方式，控制兩側(cè)的誤差，來(lái)減少結(jié)構(gòu)受力的偏心率，確保轉(zhuǎn)換層重心的穩(wěn)定性，這種設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。在進(jìn)行平面布局設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)帶梁式轉(zhuǎn)換層的周邊情況，在規(guī)定下使用專業(yè)設(shè)計(jì)軟件測(cè)算安全系數(shù)，為了能夠確保高層建筑扭轉(zhuǎn)的過(guò)程中，維持高度穩(wěn)定的性能，需要控制平面布局的每一項(xiàng)參數(shù)，提升帶梁式轉(zhuǎn)換層的強(qiáng)度，對(duì)位移距離進(jìn)行控制，提升扭轉(zhuǎn)能力，可以避免高層建筑發(fā)生水平位移，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)生誤差，給高層建筑的穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響，以滿足建筑結(jié)構(gòu)安全施工的需求。

（六）豎向布置

為了保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，高層建筑的側(cè)向剛度設(shè)計(jì)應(yīng)該保持下大上小。所以要強(qiáng)化下部、弱化上部進(jìn)行豎向布置，把兩側(cè)的剪力墻落地，并增加部分剪力墻在建筑底部、增加地下層底部的剪力墻在400mm—600mm內(nèi)的厚度，以提升建筑結(jié)構(gòu)的底部剛度、承擔(dān)建筑結(jié)構(gòu)的部分受力。同時(shí)使用高標(biāo)號(hào)混凝土來(lái)澆筑底部剪力墻，提升底部柱和墻混凝土剛度與強(qiáng)度。設(shè)計(jì)人員要注意防止剛度削弱過(guò)度，影響到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，給建筑工程施工埋下潛在安全隱患，底部剪力墻盡可能不開(kāi)洞或者是只開(kāi)小洞。設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)換層上部剪力墻的厚度，適當(dāng)減少建筑轉(zhuǎn)換層上部剪力墻的數(shù)量，若想要幫助上部結(jié)構(gòu)承擔(dān)部分受力，適當(dāng)承擔(dān)建筑物所承受的壓力，緩解框支梁承受的荷載能力，可以在轉(zhuǎn)換層部分較長(zhǎng)的剪力墻中開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)洞，待到建筑施工結(jié)束后，使用填充墻進(jìn)行填實(shí)以增加建筑結(jié)構(gòu)自振周期，從而降低地震對(duì)建筑物的作用力。

三、結(jié)語(yǔ)：

為確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果和具體情況一致，相關(guān)人員需要分析影響建筑設(shè)計(jì)的因素，還要使用相關(guān)的工具和專業(yè)的設(shè)計(jì)方法，來(lái)加強(qiáng)框支柱、框支梁、轉(zhuǎn)換層樓板、抗震等級(jí)、平面布局和豎向布置等環(huán)節(jié)的控制，排除在帶梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中受到的各種干擾和影響因素。提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算的準(zhǔn)確度，確保高層建筑施工的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。