高層建筑梁式轉換層結構設計研究

鄭州工業應用技術學院，河南 新鄭 451100

1 高層建筑梁式轉換層的設計原則

預應力混凝土轉換層作為梁式轉換層的轉換類型之一，其具有自重輕、成本低的優勢；但隨著建筑技術的不斷發展，傳統的預應力混凝土轉換層的應用已經不能滿足建筑技術的發展需要，也不能夠滿足較大承載力的需要。在此發展背景下，鋼骨混凝土轉換層這一種類型應運而生，這種類型不僅可以滿足建筑技術的發展需要，能夠實現建筑技術的創新發展而且還能夠滿足較大承載力的需要，具有廣闊的應用空間和發展前途。鋼骨混凝土轉換層的剛度也更高，且可塑性、耐久性及抗震性均優于預應力鋼筋混凝土，因此未來應用前景十分廣闊。高層建筑梁式轉換層的設計需要遵循以下幾個原則：

首先，減少轉換。在建筑施工過程中應該保持豎向主體結構的持續性，保證混凝土轉換層始終保持上下數值的結構，減少施工過程中的轉換次數。其次，優化轉換結構［1］。高層建筑的抗震性能是保證其結構穩定的重要因素，高層建筑更要重點關注其抗震的能力，要從各個層次加以關注，保證建筑結構之間的穩定性，利用扁梁、支柱等結構工具進行抗震結構的建造，使之更符合抗震設計的要求，當然，這類結構也容易存在柱剪力過大的問題，因此要提高結構在重力荷載條件下的強度與剛度標準。再次，直接傳力。上文中提到高層建筑梁式轉換層設計要遵循一個重要原則就是減少轉換，尤其是上下主體為豎向結構的設計，因為間接付力或多級轉換會影響到抗震后板結構的穩定性，直接傳力設計可以減少復雜的多級轉換，避免水平轉換結構應用間接傳力，保證其傳力的穩定性。最后，保證結構的強度。高層建筑梁式轉換層的剛度、強度是結構設計的核心要素，要保證結構之間的設計合理，能夠受力均勻。

2 高層建筑梁式轉換層結構設計工程實例

本文案例中所用的建筑結構是一座擁有三十二層的地上樓層和擁有二層的地下樓層的建筑物。四層以上的樓層采用轉換層結構設計，轉換層的高度大概在8m 左右，轉換區域865m2；抗震級別三級，采用24 根矩形分布支柱的形式，核心筒額面積大概在55m2左右。轉換層的主要作用是承托上部的豎向構件，因此無論是質量、剛度還是框支柱尺寸，均要大于普通樓層；轉換層是結構傳力途徑發生改變的部位，轉換梁及其相鄰構件承受的應力復雜且集中，且樓板還要承受巨大的剪力作用，因此對于建筑結構樓板強度及剛度的要求要遠遠高于普通樓板。

2.1 框支柱設計

框支柱軸壓比決定了其截面尺寸，在非抗震設計標準中框支柱截面寬度至少在400mm以上，截面高度設計則高于支梁跨度的1/12；而在抗震設計標準下框支柱截面寬度至少在450mm以上，本工程中框支柱截面積為600mm×600mm。還要合理確定框支柱減壓比，以保證框支柱的高延性，避免脆性受損的問題，在無地震組合情況下，框支柱減壓比可用下式計算：

在有地震組合條件下，框支柱減壓比采用下式計算：

式中:bf—框支層樓板檢驗計算截面寬度；γRE—承載力抗震調整系數，本工程中取0.85；bc—混凝土強度影響系數。

2.2 框支梁設計

一般情況下框支梁截面寬度≮400mm 且至少是上部剪力墻厚度的2 倍，非抗震設計條件下，框支梁截面高度至少是計算跨度的1/8 以上，在抗震設計條件下框支梁截面高度至少是計算跨度的1/6 以上。由于框支梁為偏心受拉構件，因此其承載力計算要嚴格按照標準規范進行，并合理計算裂縫及撓度。框支梁設計中，控制剪壓比是有效控制結構內心變形的重要措施，合理剪壓比可以保證構件的延性，減少構件在塑性階段發生脆性受損的問題。本工程中，框支剪力墻內的框支梁與上部剪力墻在某些情況下需要同步發揮作用，其受力性能及破壞特性與倒放的T 形深梁比較接近，在深梁受拉翼緣處框支梁內部有巨大拉應力，這種情況下要根據倒放T 形深梁的截面積計算方法計算框支梁截面尺寸。

2.3 轉換層樓板設計

樓板內部的剪力作用非常大，在這種剪力作用下樓板可能會出現形變，因此轉換層樓板的剛度與強度設計十分重要。一般情況下，轉換層樓板的最小截面高度≧180mm 以上，每個方向的配筋率≧0.25%，轉換層樓板的配筋要錨固于邊梁中或樓板附近的墻體內。注意轉換層樓板設計不得采用錯層結構，以保證樓板的完整性，且樓板連接筒體及落地剪力墻時不得開洞。連接樓板的筒體、落地剪力墻梁體寬度至少是樓板整體厚度的2 倍，梁內部縱向配筋比至少1%，并采用機械連接或焊接的方式，以保證結構的穩定性。抗震設計標準條件下，采用下式計算長矩形平面建筑框支層樓板截面剪力值：

式中：bf為框支層樓板檢驗計算截面寬度；

tf為框支層樓板檢驗計算截面厚度；

As為穿透落地剪力墻框支支樓蓋截鋼筋截面積；

γRE為承載力抗震調整系數，式子中的數值為0.85；

βc為混凝土強度影響系數。

轉換層樓板處不僅會出現轉換結構內力傳導，而且會與臨近的樓板產生內力交互，所以轉換層臨近的樓板數也要增加。

2.4 高層建筑梁式轉換層施工設計

高層建筑梁式轉換層的施工要求和施工設計要滿足建筑施工整體的要求，具體的主要包括兩個方面。一方面，轉換層的施工設計要實現建筑結構支撐的設計。建筑施工過程中逐漸搭建層級較高的建筑結構，對于后期的承載力結構要求逐漸提高，因此，轉換層的設計一定要做好支撐結構和承載力結構的設計。要設計質量良好的支撐模板，選擇合適的材料作為支撐模板，確定模板結構，測量部分之間的間距。實際施工過程中，要建立穩固的支撐體系，可以選擇48mm×3.5mm 的鋼管腳手架，并確定步高、立桿間距等指標，將底模板的支撐作用充分發揮出來。為保證施工過程中模板支撐體系的穩定性，還可以將主楞骨以及其他結構作為支撐點和關鍵部分。對于整個施工過程中，由于模板的設計結構以及散熱情況不穩定，可能會影響到整體結構的質量，因此要做好模板支撐體系的保溫保濕工作，以減緩其散熱速度，減少溫度應力導致的混凝土結構裂縫問題，保證混凝土底面溫濕度適宜，提高混凝土結構質量。另一方面，要做好轉換梁鋼筋的下料綁扎。高層建筑梁式轉換層中的鋼筋材料應用密度大、排數多，且為了保證結構的穩固性，鋼筋的直徑選擇也比較大，因此實施施工過程中要合理調整鋼筋的疏密程度，做好下料綁扎施工。鋼筋在梁式轉換層的作用是基礎性的、關鍵性的，要密切關注豎向筋、橫向筋的位置，鋼筋連接及鋼筋層數均要經過專業計算后確定，嚴格執行國家標準，按照設計規范進行施工。鋼筋穩定性的實現，必不可少的是通過腰筋的捆綁，才能夠實現鋼筋的穩定，要確定好腰筋固定的位置，掌握好腰筋捆綁時的用量和長度，可在施工前先進行簡單的排列布局，及時發現鋼筋結構的問題，保證鋼筋綁扎施工效果。

3 結語

總之，隨著建筑行業的不斷發展，建筑施工技術得到了不斷地創新，對于梁式轉換層的應用也逐漸有了更高的要求，為了適應建筑施工技術的發展和建筑行業的新要求，梁式轉換層技術也逐漸實現了新的發展。轉換層主要為傳力路線直接、受力簡單的結構，且提前介入建筑方案，以保證結構體系與整個建筑功能的統一性、協調性。采用科學、合理的計算方法確定轉換層結構的重點部位、復雜部位，做好精細化處理，必要時采用加強措施，以保證梁式轉換層在地震荷載條件下表現出更大的延展性，將自身傳力明確、剛柔并濟的作用充分發揮出來。