胡道航

摘要：高層建筑工程結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，其中梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)就是急需研究設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合其特點(diǎn)確定設(shè)計(jì)原則，遵循專業(yè)規(guī)范要求，做好每個(gè)細(xì)節(jié)的優(yōu)化，在保證結(jié)構(gòu)安全性的基礎(chǔ)上，提高工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。本文從高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則入手，對其設(shè)計(jì)方法做以說明。

關(guān)鍵詞：高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TU973文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3024（2016）09-145-02

前言

應(yīng)用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)能讓高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，讓其有更大的活動空間，而且還能讓高層結(jié)構(gòu)受力更加均衡，整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性都得到了有效提升。在實(shí)際梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，施工人員要把握好設(shè)計(jì)的原則，根據(jù)建筑的實(shí)際功能和特性進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.1減少豎向構(gòu)件

高層建筑工程在進(jìn)行梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，建筑工地需要控制垂直分量的數(shù)量。因?yàn)榇罅康墓こ檀怪狈至?，將減少轉(zhuǎn)換組件，減少過渡效果。當(dāng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層剛度突變發(fā)生減少，將降低轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的整體剛度，反過來將影響抗地震效應(yīng)，對工程建設(shè)的效果造成更大的影響。此外，在建筑物豎向高度方向上，保證轉(zhuǎn)換層具有足夠的承載力和剛度的前提下，采用靈活的方式開展對整個(gè)樓層布局，或在某層局部設(shè)置位置，可以采用分段安排或交錯(cuò)布置。

1.2結(jié)構(gòu)位置布置

提高轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的合理性的位置，通常上升位置應(yīng)該設(shè)計(jì)在一個(gè)較低的位置，以避免高轉(zhuǎn)換層位置過高而對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和框架剪力墻結(jié)構(gòu)剛度造成影響，在嚴(yán)重的情況下甚至?xí)档徒Y(jié)構(gòu)的抗震性能。所以必須對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)位置進(jìn)行控制，嚴(yán)格遵守高轉(zhuǎn)換的原理，結(jié)合實(shí)際需要調(diào)整下部框架，提高結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)的影響，避免問題的軸向變形。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和研究成果，轉(zhuǎn)換組件可以使用轉(zhuǎn)換大梁、斜撐以及厚板等形式。

1.3下部結(jié)構(gòu)剛度

在控制轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度時(shí)，需要確保結(jié)構(gòu)頂部和底部的變形和剛度特性之間的統(tǒng)一性。因此，可以通過改善橫向剛度的方法，以確保建筑結(jié)構(gòu)剛度的均勻性，使得質(zhì)量中心和剛度中心的剛度完全集成在一起，避免中心遷移，不斷提高反向控制性能的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，需要確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后的簡化結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比重從下部上升的總體結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高簡體截面的控制效果，將工程結(jié)構(gòu)的地震載荷性能控制的專業(yè)范圍內(nèi)，改善結(jié)構(gòu)整體的防震、抗震性能，實(shí)現(xiàn)對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

1.4轉(zhuǎn)換層計(jì)算

轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)之前，必須結(jié)合實(shí)際情況，從每個(gè)鏈接到所有的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和分析，最終形成一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)計(jì)算和分析每個(gè)鏈接的結(jié)果直接決定了工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格按照數(shù)學(xué)建模的應(yīng)力變形情況下，利用信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)來完成三維空間的建設(shè)。當(dāng)數(shù)據(jù)來計(jì)算，設(shè)計(jì)人員可通過有限元方法進(jìn)行局部的補(bǔ)充轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與計(jì)算的轉(zhuǎn)換方法，完成計(jì)算統(tǒng)一整體之間的兩層結(jié)構(gòu)模型，并做好各項(xiàng)模型條件之間相應(yīng)的處理，確保所有模型數(shù)據(jù)能滿足施工的要求。

2.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1轉(zhuǎn)換梁截面的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層截面的時(shí)候，首先要考慮的是梁的受力性能，還有轉(zhuǎn)換層的受力形式，然后再選擇合適的計(jì)算方法。這種截面主要有托柱形式的轉(zhuǎn)換梁截面以及托墻形式的轉(zhuǎn)換梁截面這兩種。其中，在設(shè)計(jì)托柱形式的轉(zhuǎn)換梁截面時(shí)，要對截面尺寸范圍進(jìn)行充分考慮，該梁受力形式和普通梁受力形式差不多，所以在設(shè)計(jì)截面的時(shí)候應(yīng)該將配筋情況考慮在其中，然后再選擇計(jì)算方法。要是轉(zhuǎn)換梁的承托形式是斜桿框架，那么軸向拉力將會對它有所影響，這時(shí)候，設(shè)計(jì)人員就要將偏心受拉構(gòu)件的原理考慮建立，從而更優(yōu)化地設(shè)計(jì)截面。在設(shè)計(jì)托墻形式的轉(zhuǎn)換梁截面時(shí)，要將轉(zhuǎn)換梁和上部墻體一起工作的結(jié)構(gòu)考慮在內(nèi)，而且在這里面還會有深梁現(xiàn)象存在，所以在該項(xiàng)截面設(shè)計(jì)的時(shí)候更應(yīng)該用深梁截面方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，在有些情況下，也可以用應(yīng)力截面的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)特定的計(jì)算公式將縱向鋼筋的數(shù)量算出來，在布置鋼筋的時(shí)候，還要保證是沿著梁高進(jìn)行配置的。

2.2轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)

在轉(zhuǎn)換層附近不光是結(jié)構(gòu)豎向剛度發(fā)生容易發(fā)生突變，還有可能有豎向側(cè)

力構(gòu)件出現(xiàn)不連續(xù)的情況，這會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層附近有結(jié)構(gòu)傳力發(fā)生突變的情況，特別有強(qiáng)震作用推動的情況下，薄弱部位也就會相應(yīng)產(chǎn)生。要想將轉(zhuǎn)換層的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)剛度都有所提高，就要在轉(zhuǎn)換層附近將結(jié)構(gòu)的構(gòu)件強(qiáng)度加大，這樣才能讓水平剪力的傳遞有所保證，而且在發(fā)生強(qiáng)震的情況下，還能讓結(jié)構(gòu)底層有一定的延性，不受到破壞。

2.3轉(zhuǎn)換層分析計(jì)算

對轉(zhuǎn)換層整體進(jìn)行計(jì)算之后，還要用平面有限元這一計(jì)算軟件對轉(zhuǎn)換層本身進(jìn)行計(jì)算，主要是補(bǔ)充計(jì)算其局部的應(yīng)力。對局部進(jìn)行分析的時(shí)候，要保證轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的上樓層和下口曾都在計(jì)算模型中，還要將樓層的樓蓋平面所承受的剛度影響考慮在內(nèi)，并根據(jù)實(shí)際的轉(zhuǎn)換層情況選擇合理的計(jì)算模型。對框支剪力墻進(jìn)行計(jì)算要復(fù)雜一些，其上部剪力墻要連接到下面很多根支柱，一旦有連接不正確的情況，計(jì)算就會有較大的誤差。所以計(jì)算的時(shí)候，最好在上部剪力墻和下部轉(zhuǎn)換柱上都設(shè)立一個(gè)轉(zhuǎn)換梁，讓轉(zhuǎn)換梁連接到墻肢上。

2.4轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計(jì)

梁式轉(zhuǎn)換層施工的設(shè)計(jì)要求：（1）轉(zhuǎn)換層的上層結(jié)構(gòu)的橫向剪切轉(zhuǎn)移到低水平剪力結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層本身承受的平面內(nèi)剪力也很大，并且也承受一部分的垂直荷載。所以要求地板應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和剛度。（2）轉(zhuǎn)換層大梁支撐上部剪力墻或柱傳下來的垂直荷載的重要組成部分。本身所受壓力是非常大的，它是整個(gè)結(jié)構(gòu)抗震安全的關(guān)鍵部分。因此，轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)在整個(gè)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是非常重要的。

2.5轉(zhuǎn)換層的抗震設(shè)計(jì)

過渡層的高層建筑結(jié)構(gòu)，由于轉(zhuǎn)換層存在使建筑物剛度沿高度方向的均勻性受到較大程度的損壞，轉(zhuǎn)換層不連續(xù)的結(jié)構(gòu)組成部分和垂直承載力的墻、柱截面突變，導(dǎo)致輸電線路迂回曲折等，所以，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)抗震性能很差。保證的安全設(shè)計(jì)規(guī)則規(guī)定“部分的框架剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層位置設(shè)置超過三層或三層時(shí)，其框支柱和剪力墻加強(qiáng)部位的抗震性能最好采用比《高規(guī)》的規(guī)定高一級，已經(jīng)是特一級的將不再提高”，加強(qiáng)相關(guān)組件的抗震性能。對底部的轉(zhuǎn)換層框架核心筒和邊緣密度列管中管結(jié)構(gòu)的框架結(jié)構(gòu)抗震等級不需要改進(jìn)。轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換組件水平提高抗震作用的計(jì)算內(nèi)力需調(diào)整增大。

2.6托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁支持頂壁完全不開洞，而轉(zhuǎn)換梁與上部墻體同時(shí)作用，所受到力的形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時(shí)宜采用深梁截面設(shè)計(jì)方法或截面應(yīng)力設(shè)計(jì)方法對梁截面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并計(jì)算了縱向鋼筋應(yīng)沿梁高所有適當(dāng)?shù)呐渲?。因?yàn)檗D(zhuǎn)換梁跨度范圍廣泛的內(nèi)力較大，所以底部縱向鋼筋不應(yīng)截?cái)嗪蛷澢?，?yīng)全部進(jìn)入軸承。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體為小墻肢時(shí)，轉(zhuǎn)換梁基本上可按普通梁的截面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配筋計(jì)算，根據(jù)常見的轉(zhuǎn)換梁縱向鋼筋可以集中布置在梁底部。

2.7樓板設(shè)計(jì)

上部墻體水平剪力需通過轉(zhuǎn)換層傳到下部結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)換層地板平面受到了很大的作用力，樓板出現(xiàn)明顯的變形，因此需采用厚度不小于180mm的現(xiàn)澆板加厚轉(zhuǎn)換層，這促進(jìn)了轉(zhuǎn)換層在平面上的剪切力再分配，并提高轉(zhuǎn)換梁橫向剛度和抗扭能力，也會使實(shí)際情況符合層剛度的積分計(jì)算的假設(shè)是無限的。此外混凝土強(qiáng)度不少于C30，且鋼網(wǎng)使用雙向雙行，每一行的鋼筋的比例不低于0.25%，轉(zhuǎn)換層不應(yīng)該是一個(gè)大洞，當(dāng)開洞時(shí)應(yīng)在洞口四周設(shè)置次梁或者暗梁，樓板開洞位置盡量遠(yuǎn)離外端，轉(zhuǎn)換層附近的地板上還應(yīng)加強(qiáng)。

3.結(jié)語

總之，高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層在上密下疏的建筑中起到了承上啟下的作用，合理分配上部結(jié)構(gòu)的豎向載荷，減少結(jié)構(gòu)突變和應(yīng)力集中，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和受力的平穩(wěn)性。