郭 超 邵 賓

駐馬店市西平縣建筑工程勘測(cè)設(shè)計(jì)室

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

郭 超 邵 賓

駐馬店市西平縣建筑工程勘測(cè)設(shè)計(jì)室

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在建筑工程建設(shè)中提高轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性，能夠極大提高我國(guó)建筑工程施工的質(zhì)量，及推動(dòng)我國(guó)建筑事業(yè)的快速發(fā)展。轉(zhuǎn)換層在建筑工程施工中的大量應(yīng)用，不僅能夠確保工程施工的整體質(zhì)量，還能延長(zhǎng)工程的使用周期，實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。為此，本文主要對(duì)高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的概況、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析與探究。

高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的迅猛發(fā)展，建筑行業(yè)的發(fā)展也進(jìn)入到了一個(gè)嶄新的階段之中。同時(shí)，相關(guān)行業(yè)經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展歷程也逐步的成為了當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的核心力量。高層建筑方案常采用上部剪力墻小空間為主、底部大空間商業(yè)辦公為主的設(shè)計(jì)理念，結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為上部為剪力墻結(jié)構(gòu)，下部為框架結(jié)構(gòu)，兩種相異的結(jié)構(gòu)交匯催生了轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的誕生。常見的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)有梁式轉(zhuǎn)換、大板轉(zhuǎn)換，其中前者以其輕巧、經(jīng)濟(jì)廣為設(shè)計(jì)師們采納。

一、轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的概況

1、概念

由于高層建筑結(jié)構(gòu)下部樓層受力很大，上部樓層受力較小，正常的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)是下部剛度大，墻體多、柱網(wǎng)密，到上部漸漸減少墻、柱的數(shù)量，以擴(kuò)大柱網(wǎng)。這樣，結(jié)構(gòu)的正常布置與建筑功能對(duì)空間的要求正好相反。因此，為滿足建筑功能的要求，結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行“反常規(guī)設(shè)計(jì)”，即將上部布置小空間，下部布置大空間；上部布置剛度大的剪力墻，下部布置剛度小的框架柱。為了實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)布置，就必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)計(jì)水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，即轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。

2、常用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式分析

梁式轉(zhuǎn)換：梁式轉(zhuǎn)換層是指在普通的現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板上布置相應(yīng)的托梁，以承載在上部樓層落空的各承重柱或剪力墻傳來(lái)的荷載，一般多用于有大空間、大開間要求的底層結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要縱、橫雙向同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)采用雙向結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁布置。

板式轉(zhuǎn)換：當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)的上下柱網(wǎng)、軸線相互之間存在較大錯(cuò)位，可考慮選擇采用板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，以形成厚板式承臺(tái)轉(zhuǎn)換層，其下部樓層的柱網(wǎng)可以靈活布置。厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)多適用于上下樓層柱網(wǎng)極不規(guī)則的高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，使得轉(zhuǎn)換層上、下樓層的結(jié)構(gòu)功能布置靈活。

桁架轉(zhuǎn)換：在采用托柱形式的梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)換梁構(gòu)件的跨度很大且上層傳遞的荷載較大時(shí)，可根據(jù)上下樓層柱網(wǎng)的軸線位置變化情況設(shè)置相應(yīng)的桁架轉(zhuǎn)換層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，其有效克服了梁式轉(zhuǎn)換和厚板轉(zhuǎn)換形式存在的缺點(diǎn)，轉(zhuǎn)換靈活，傳力直接，減輕了梁構(gòu)件的剪力負(fù)擔(dān)，是一種可在超高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換工程中推廣應(yīng)用的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式。

3、設(shè)計(jì)原則

轉(zhuǎn)換層的設(shè)置造成建筑物豎向剛度的突變，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利，故采用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：盡可能減少需結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，直接落地的豎向構(gòu)件越多，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)越少，轉(zhuǎn)換層造成的剛度突變就越小，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震更有利，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在高層建筑豎向的位置宜低不宜高。優(yōu)化轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，選擇具有明確傳力路徑的換層結(jié)構(gòu)型式，以便于結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)和保證施工量，在滿足建筑物安全和經(jīng)濟(jì)要求的前提下，轉(zhuǎn)換剛度宜小不宜大。

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

1、框支柱

為了保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，框支柱的軸壓比要嚴(yán)格控制，這使得框支柱比一般的框架柱有更大的延性和抗倒塌性能?？蛑еS壓比：μN(yùn) = Nmax/（fcbh0）

式中： Nmax —框支柱最大組合軸力設(shè)計(jì)值（包括地震作用下軸力調(diào)整） ；

fc —框支柱混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

b —框支柱截面的寬度；

h0 —框支柱截面的有效高度。

一級(jí)抗震時(shí)， 框支柱的軸壓比控制在0.7 以下； 二級(jí)抗震時(shí)，應(yīng)該控制在0.75 以下；三級(jí)抗震時(shí)， 控制在0.8 以下；非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，控制在0.85 以下。箍筋沿柱全高加密并采用復(fù)合箍筋，且不少于Ф10 @100?？蛑е鶓?yīng)有部分縱筋伸至框支梁以上的墻體內(nèi)，延伸長(zhǎng)度等于層高以加強(qiáng)上下層的可靠連接 。

2、框支梁

因?yàn)榭蛑Я旱氖芰艽笄沂芰η闆r復(fù)雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，而且是保證框支剪力墻抗震性能的關(guān)鍵部位，是一個(gè)復(fù)雜的受力構(gòu)件，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)有較多冗余儲(chǔ)備。宜在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算后，按有限元方法進(jìn)行詳細(xì)分析，分析和試驗(yàn)結(jié)構(gòu)表明，在豎向荷載和水平荷載作用下，框支梁大多數(shù)情況下為偏心受拉構(gòu)件，并承受很大的剪力，因此《高層建筑混泥土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定了對(duì)框支梁截面高度的設(shè)計(jì)要求及框支梁截面組合的最大剪力設(shè)計(jì)值的限制條件。

3、樓板

由于結(jié)構(gòu)上部的水平剪力要通過(guò)轉(zhuǎn)換層傳到下部結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層樓面在其平面內(nèi)受力很大，樓板變形顯著，因此要適當(dāng)加厚轉(zhuǎn)換層樓面，建議采用厚度不小于180mm 的現(xiàn)澆板，這樣有利于轉(zhuǎn)換層在其平面內(nèi)進(jìn)行剪力重分配，并加強(qiáng)轉(zhuǎn)換大梁的側(cè)向剛度和抗扭能力，也可使實(shí)際情況更符合結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中樓層剛度無(wú)限大的基本假定。而且混凝土強(qiáng)度＞ C30 ，并采用雙向雙排鋼筋網(wǎng)，每排鋼筋的配筋率＞0.25 % ，必要時(shí)，轉(zhuǎn)換層混凝土加1 %的鋼纖維則抗力效果更佳；它不僅可以使同一等級(jí)的混凝土抗剪強(qiáng)度提高45 % ，而且可以有效的提高混凝土的抗裂性能 。

4、軸壓比與落地剪力墻之間的距離設(shè)計(jì)

實(shí)際的施工工程中不難發(fā)現(xiàn)，框支柱在垂直或者是水平荷載的作用下的彎矩和剪力是比較小的，它的力主要是軸壓力，因此，就必須要對(duì)軸壓力進(jìn)行嚴(yán)格控制管理。在進(jìn)行建筑物的抗震性能方面考慮時(shí)，在軸壓比方面的要求是要控制在0.6以下。對(duì)于落地剪力墻的間距控制方面，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的工程需要，選用較厚的樓板，要保障樓板的厚度大于200mm，而且還要加大對(duì)樓板的開洞數(shù)控制力度，采用雙向雙面鋼筋，在樓板的板角處還要增加斜筋，這樣做的目的就是如果出現(xiàn)地震時(shí)，會(huì)造成建筑的轉(zhuǎn)換層剪力改變，增加了自身平面內(nèi)的壓力，只有確保了落地剪力墻的間距合理，才可以提高建筑的抗震性能。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析是一項(xiàng)綜合而且是具有一定技術(shù)性的活動(dòng)。施工者要從建筑整體性出發(fā)，對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)做綜合全面的分析，把涉及到的各方面因素嚴(yán)格控制，合理選擇設(shè)置位置，從而確保轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的功能最大化發(fā)揮。

［1］廖宇飚；黃小坤；高層建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度變化及其控制方法研究（Ⅱ）［J］；工程抗震與加固改造；2015年06期