高層建筑中的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要點研究

張根沛

摘要：在當前城市的建筑中層建筑的建設(shè)越來越廣泛，其功能性極強，多功能的建筑在設(shè)計時，需要對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行合理布局。高層建筑在結(jié)構(gòu)方面，為了滿足特定的建筑功能，通常會設(shè)計結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層因此在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員必須對結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計進行分析，以保證建筑的質(zhì)量和使用安全^[1-2]。通過對高層建筑中轉(zhuǎn)換層的設(shè)計和作用進行分析，并通過介紹轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式類型，最后以梁式轉(zhuǎn)換層為例展開論述，研究其設(shè)計要點。

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

1 高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

在高層住宅建筑中，主要采用框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)。其中，框架結(jié)構(gòu)由桿件剛性連接構(gòu)成，能夠靈活進行空間布置。但梁柱截面較小，使得結(jié)構(gòu)剛度小，側(cè)移大，抵抗力較差，不適用于地震區(qū)。剪力墻結(jié)構(gòu)則是首選結(jié)構(gòu)形式，能夠利用鋼筋混凝土墻體對水平力、豎向力進行承載，利用剪力墻對墻體和樓板進行較好連接^[1]。該種結(jié)構(gòu)剛度較大，具有較強抗震能力。框剪結(jié)構(gòu)是利用大剪力墻對部分框架結(jié)構(gòu)進行替代，利用樓板和連梁構(gòu)成結(jié)構(gòu)體系，使結(jié)構(gòu)整體剛度得到提升，受水平荷載作用可以產(chǎn)生較高承載力。實際在高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要考慮結(jié)構(gòu)延性，確保結(jié)構(gòu)進入塑性階段依然維持較強變形能力，以免建筑發(fā)生坍塌問題。結(jié)構(gòu)側(cè)移需要控制在一定限度范圍內(nèi)，避免水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生過大側(cè)移變形。由于豎向荷載基本為確定數(shù)值，風荷載、地震作用等將有所變化，水平荷載變化幅度較大，設(shè)計時應(yīng)確保引發(fā)的軸力、彎矩能夠與樓房高度成正比，以免結(jié)構(gòu)受到過大影響^[2]。而在豎向荷載過大時，結(jié)構(gòu)柱將發(fā)生較大軸向變形，導致連續(xù)梁中間支座位置負彎矩變小，跨中正彎矩與端支座彎矩加大，影響結(jié)構(gòu)安全性。此外，高層住宅建筑需要加強結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，保證建筑做到小震不壞、大震不倒。

2 不同類型轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法

2.1 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

梁式轉(zhuǎn)換層通過直接傳導的作用連接上下結(jié)構(gòu)，使設(shè)計人員可針對功能、造價進行結(jié)構(gòu)強化，基于造價條件進行鋼 筋、混凝土等材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計，明確轉(zhuǎn)換梁的標準控制設(shè)計條件。根據(jù)設(shè)計應(yīng)用下的樓層高度及結(jié)構(gòu)上下受力差異，將設(shè)計形式與材料控制進行跨度距離的要求，依據(jù)結(jié)構(gòu)配筋和承載條件進行截面尺寸控制，明確鋼筋分布與截面承載的受力關(guān)系。依據(jù)上部承載中常用的框架結(jié)構(gòu)進行截面設(shè)計，依據(jù)下部結(jié)構(gòu)的懸掛力進行墻體設(shè)計，依據(jù)平衡受力狀況進行設(shè)計相關(guān)的方法作用要求設(shè)計，結(jié)合梁所處位置的性能設(shè)計進行結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性設(shè)計。

2.2 桁架式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

桁架式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計需結(jié)合結(jié)構(gòu)整體條件進行結(jié)構(gòu)層設(shè)計，使用鋼結(jié)構(gòu)進行位置中的桁架搭建及層面設(shè)置，可通過加入固定數(shù)量的腹桿將桁架的弦桿用于樓面設(shè)計，根據(jù)上下結(jié)構(gòu)層設(shè)置進行整體受力狀況的自重要求。其設(shè)計應(yīng)用應(yīng)結(jié)合荷載條件及抗震條件，形成對結(jié)構(gòu)自重所能影響的側(cè)面剛度以及彎矩，進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力和設(shè)計要求下的標準作用分析，針對抗震性能需求進行力的集中點、分散點的設(shè)計，針對應(yīng)用時難度變化進行技術(shù)要點的規(guī)定以及框架內(nèi)容的優(yōu)化。明確設(shè)計中可采用的整體結(jié)構(gòu)對施工過程進行性能調(diào)節(jié)，明確轉(zhuǎn)換層所要保障的承載、安全等與自重相關(guān)的性能條件，對技術(shù)質(zhì)量及設(shè)計控制進行結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面的測試，針對此結(jié)構(gòu)的自重優(yōu)勢進行與其他類型相比較的承載性能差距，不斷優(yōu)化設(shè)計時的性能控制和受力調(diào)節(jié)。

2.3 厚板后梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

厚板后梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)適用于上下柱網(wǎng)軸線錯開較多的建筑結(jié)構(gòu)，采用厚板轉(zhuǎn)換層來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)對接，具有很強的工程應(yīng)用靈活性，但是厚板后梁式的轉(zhuǎn)換層重量較大，使用的承重材料較多，而且厚板式轉(zhuǎn)換層是一個完整的整體，剛度較大，造成上層結(jié)構(gòu)的布置困難，受力狀況模糊，不方便配筋計算。由于增加了暗梁，再加上其上部承載重量較大，對下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成一定的影響，如果發(fā)生較為強烈的振動，會造成厚板的應(yīng)力沿著豎向方向發(fā)生激增，上下層受力嚴重不均，甚至會發(fā)生裂縫現(xiàn)象。厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計通常先進行三維空間內(nèi)力分析，尤其是對轉(zhuǎn)換層邊界形狀不規(guī)則、荷載分布復雜等特殊情況進行有線單元的應(yīng)力分析，從而得出相應(yīng)的內(nèi)力計算結(jié)果、內(nèi)力組合和配筋方式，同時模擬豎向荷載下的彎曲、剪應(yīng)力、局部應(yīng)力等數(shù)據(jù)。

3 建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計策略

3.1 合理選取構(gòu)件

在對構(gòu)建展開選取工作期間，必須要將轉(zhuǎn)換層的施工作業(yè)特征以及設(shè)計原則作為依據(jù)，從而展開更加科學、合理的選取，絕不可以出現(xiàn)隨意選取、盲目選取的現(xiàn)象。在設(shè)置落地構(gòu)件期間，必須要確保其能夠與重心貼近，并且確保其具備均勻性以及對稱性。必須要選取具備較高強度的落地構(gòu)件，并且通過混凝土與鋼筋的相互作用，從而將構(gòu)件的抗剪剛度、抗彎能力大幅度提升。

3.2 轉(zhuǎn)換梁與配筋

在轉(zhuǎn)換層角度而言，必須要綜合、細致地探究轉(zhuǎn)換梁內(nèi)部受力的大小狀況，還需要對上部與轉(zhuǎn)換梁的完全融合分析成果進行關(guān)注。在開展設(shè)計工作期間，應(yīng)該將支座負彎矩迅速衰減的特征有充分的掌握，并且將鋼筋牢靠、深入至支座處，將彎筋的選取避免，如果梁存在較小的跨度，可以將建筑上層位置的支座負筋拉通。對于沿梁的間距，應(yīng)該控制在200 mm的范圍中，腰筋的直徑需要大于16^[3]。將實際的作業(yè)施工作為依據(jù)，可以了解深梁的受拉翼緣可以由轉(zhuǎn)換梁形成，可以收獲理想的成果。

3.3 確保轉(zhuǎn)換層剛度

轉(zhuǎn)換層高度的變化會影響結(jié)構(gòu)剛度及性能強度，高層建筑中的設(shè)計通常將轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)作為重點內(nèi)容，依據(jù)整體質(zhì)量需求將轉(zhuǎn)換層的荷載情況進行設(shè)計分析，基于結(jié)構(gòu)中可能出現(xiàn)的突變反應(yīng)進行薄弱位置上強化設(shè)計。根據(jù)建筑整體的剛度要求進行設(shè)計條件內(nèi)剛度測試，使轉(zhuǎn)換層剛度能基于上部結(jié)構(gòu)進行控制調(diào)整，依據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)進行墻體厚度、混凝土用量上的控制，基于結(jié)構(gòu)強度進行設(shè)計方案內(nèi)數(shù)據(jù)應(yīng)用控制及剛度性能控制。根據(jù)墻體分布方位進行結(jié)構(gòu)布置方面要求，保障抗震性能使設(shè)計能依據(jù)項目等級標準進行材料剛度要求，在應(yīng)用設(shè)計時能基于剛度控制進行建筑性能控制。