高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的解析

1、高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的解析    【摘 要】隨著城市化進(jìn)程加快，高層建筑在國民經(jīng)濟(jì)中占有越來越重要的位置。對(duì)于高層建筑而言，通過設(shè)置轉(zhuǎn)換層，滿足了其在功能方面的需求，發(fā)揮著極其重要的作用。因此，結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，必須做好轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 【關(guān)鍵詞】高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 近年來，我國在加快現(xiàn)代化城市建設(shè)的同時(shí)，為了滿足越日漸增長的人口對(duì)于房屋建筑源源不斷的需求，建筑企業(yè)一直致力于高層建筑的建設(shè)和發(fā)展，且高層建筑正向著大型化、功能復(fù)雜化的方向發(fā)展。那么，對(duì)于高層建筑而言，在進(jìn)行功能劃分時(shí)，為了滿足建筑在功能方面的需求，必須對(duì)結(jié)構(gòu)形式的變化

2、進(jìn)行過渡，因此，轉(zhuǎn)換層在高層建筑中得到了應(yīng)用，而且發(fā)揮著舉足輕重的作用。本文即將圍繞高層建筑的轉(zhuǎn)換層，淺談轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。 1. 轉(zhuǎn)換層的概念 一般情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)底部所承受的力明顯大于上部受力。因此，為了保證結(jié)構(gòu)的安全可靠性，往往需要針對(duì)底部結(jié)構(gòu)做好設(shè)計(jì)工作，即設(shè)置更多的墻體，并保證有足夠的強(qiáng)度和密集的柱網(wǎng)，離頂部越近，那么墻體和柱的數(shù)量也會(huì)越來越少，致使柱網(wǎng)擴(kuò)大，最終造成頂部的活動(dòng)空間與底部結(jié)構(gòu)相比之下，要大得多，那么高層建筑在功能和空間上的需求就無法得到滿足。因此，對(duì)于高層建筑，必須要突破傳統(tǒng)的思想和模式，進(jìn)行改革創(chuàng)新，而引入轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)則不失為一個(gè)有效的方法。通過應(yīng)用轉(zhuǎn)換層

3、結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)計(jì)水平在構(gòu)件上的轉(zhuǎn)換，從而滿足了建筑在功能上的需求，保證了結(jié)構(gòu)的安全性。 2. 轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)原則 在高層建筑中，由于設(shè)置了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，因此豎向剛度難免會(huì)發(fā)生突變，導(dǎo)致建筑的抗震能力顯著降低。為了避免這種問題發(fā)生，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意以下設(shè)計(jì)原則：用于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件會(huì)由于轉(zhuǎn)換層的作用而發(fā)生剛度突變的現(xiàn)象，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震能力產(chǎn)生極為不利的影響，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，豎向落地的構(gòu)件應(yīng)當(dāng)成為首要選擇；在高層建筑的豎直方向上，選擇較低的位置作為轉(zhuǎn)換層的設(shè)立位置，盡量避免過高的位置；在選擇材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意材料的材質(zhì)，保證其在換層結(jié)構(gòu)形式上具有較強(qiáng)的導(dǎo)力，以此對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，

4、從而滿足結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)的相關(guān)需求，工程量也因此而得到有效的保障；為了滿足建筑在安全、經(jīng)濟(jì)方面的需求，應(yīng)當(dāng)盡量選擇較小的轉(zhuǎn)換剛度。 3. 高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的主要形式 3.1 梁式轉(zhuǎn)換 從高層建筑的結(jié)構(gòu)來看，往往會(huì)采用梁式轉(zhuǎn)換的方式，實(shí)現(xiàn)在垂直方向上的轉(zhuǎn)換。梁式轉(zhuǎn)換方式利用轉(zhuǎn)換梁，從上部墻將力直接傳遞給下部柱，從而滿足了建筑的使用功能需求。該轉(zhuǎn)換方式具有易于計(jì)算、成本低廉的特點(diǎn)，因此在高層建筑中應(yīng)用比較廣泛。 3.2 箱式轉(zhuǎn)換 箱式轉(zhuǎn)換方式主要是通過單向、雙向托梁以及樓板的共同作用而實(shí)現(xiàn)的，可以形成箱形轉(zhuǎn)換層，與單層梁板相比之下，其剛度要大許多。 3.3 板式轉(zhuǎn)換 對(duì)于板式轉(zhuǎn)換層而言，其上下柱網(wǎng)

5、錯(cuò)開比較多，而且脫離了梁的承托作用，且沒有按照一定的規(guī)則進(jìn)行布置?？紤]到抗剪和抗沖切，轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換板應(yīng)當(dāng)具有足夠的厚度。這種轉(zhuǎn)換方式具有下層柱自由活動(dòng)的特點(diǎn)，但是板式轉(zhuǎn)換層本身自重比較大，而且所使用的材料過于復(fù)雜，因此，不利于施工操作。 3.4 斜柱轉(zhuǎn)換 混凝土的壓縮性能可以通過斜柱轉(zhuǎn)換形式充分體現(xiàn)出來。通過采用斜柱轉(zhuǎn)換方式，可以起到擴(kuò)大建筑空間的作用。雖然斜柱轉(zhuǎn)換層在實(shí)際的應(yīng)用過程中，水平荷載會(huì)顯著增加，然而完全可以通過其它途徑來彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)。選擇建筑平面作為基點(diǎn)，在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層的施工過程中，新設(shè)圈梁或者拉梁，保證路徑最短，從而保持平衡性。此外，對(duì)于斜柱轉(zhuǎn)換層而言，其荷載分擔(dān)應(yīng)當(dāng)引起重視，要保

6、證轉(zhuǎn)換層的安全性，必須將斜柱所承受的荷載進(jìn)行分析和轉(zhuǎn)換。 3.5 巨型框架轉(zhuǎn)換 巨型框架轉(zhuǎn)換一直是專業(yè)人員研究工作的重點(diǎn)，該轉(zhuǎn)換層有很大的發(fā)展空間。巨型框架轉(zhuǎn)換層具有很強(qiáng)的抗震功能，它包括豎向筒體或者巨型柱以及一定數(shù)量的大梁，即是由多個(gè)梁式轉(zhuǎn)換層合并而成。在施工還未開始之前，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，預(yù)知施工過程中將要發(fā)生的情況，從而針對(duì)臨時(shí)支撐情況采用合理的對(duì)策予以解決，并保證該轉(zhuǎn)換層具有足夠的抗側(cè)剛度。 4. 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì) 4.1 框支柱 框支柱作為十分重要的一個(gè)構(gòu)件，對(duì)于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的安全性能發(fā)揮著不容小覷的作用。在高層建筑實(shí)際的工程中，樓板在各種因素的影響作用下發(fā)生變形，而且剪力墻也會(huì)因

7、此而出現(xiàn)裂縫，大大降低了結(jié)構(gòu)的剛度，使框支柱的剪力明顯增加。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一階段，對(duì)于提高框支柱剪力存在可能性的部分，應(yīng)當(dāng)將其單獨(dú)列出，然后嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求，進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。除此之外，對(duì)于那些在框支柱上部墻體的縱筋，應(yīng)當(dāng)將其伸入上部墻體的內(nèi)層，從而使轉(zhuǎn)換層的上、下層之間連接更為緊密。此外，對(duì)于在墻體范圍之外的縱筋，應(yīng)當(dāng)采用水平錨入轉(zhuǎn)換層梁板內(nèi)的方式，從而達(dá)到錨固要求。 4.2 框支梁 框支梁作為一種傳輸樞紐，在上、下層之間具有傳輸荷載能力的作用，從而為框支剪力墻的抗震性能提供了充足的保證。剪壓比的多少直接關(guān)系著框支梁的截面尺寸，一般情況下，框支梁截面寬度應(yīng)當(dāng)超過其上墻2倍厚度，關(guān)于框

8、支梁的高度，則必須進(jìn)行跨度計(jì)算，以跨度六分之一的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)高度。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，由于框支梁的承受荷載較大且比較復(fù)雜，因此必須考慮充足的安全儲(chǔ)備。對(duì)于存在于框支梁的縱筋而言，一般將抗震等級(jí)分為二級(jí)，因此，其配筋率應(yīng)當(dāng)超過0.4%才滿足要求。此外，在此基礎(chǔ)之上，應(yīng)當(dāng)以0.8%為界限，框支梁的配筋率需要超過這個(gè)數(shù)值，再加上框支梁受力不均勻，因此，必須保證一定數(shù)量的腰筋量，以免施工受阻。對(duì)于腰筋而言，應(yīng)當(dāng)選用8鋼筋，控制梁高間距在200mm范圍之內(nèi)。框支梁作為結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵構(gòu)件，其受剪很大，因此，在施工過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依據(jù)強(qiáng)剪弱彎的原則，如果縱筋數(shù)量超過了一定的范圍，應(yīng)當(dāng)及時(shí)采用加強(qiáng)箍筋的措

9、施。 4.3 轉(zhuǎn)換層樓板 在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，通過采用樓板可以將框支剪力墻進(jìn)行分層，即上、下兩個(gè)部分，且受力情況存在一定的差異。關(guān)于上部樓層，以各片剪力墻的等效剛度比例為依據(jù)，對(duì)外荷載產(chǎn)生的水平力進(jìn)行分配。而在下部樓層中，框支柱與落地剪力墻相比之下，兩者的剛度有所不同，且落地剪力墻所承受的剪力主要來自于水平方向，導(dǎo)致荷載分配不均勻。對(duì)于轉(zhuǎn)換層的樓板而言，承擔(dān)有非常之多的任務(wù)，且以上、下樓層的剪力重的分配為主，轉(zhuǎn)換層樓板所承受的力較大，變形幅度也比較大，為了保證轉(zhuǎn)換層樓板能夠順利完成任務(wù)，剛度必須足夠，并以此作為結(jié)構(gòu)的支撐。 結(jié)語 總而言之，隨著高層建筑的迅速發(fā)展，轉(zhuǎn)換層也得到了廣泛地應(yīng)用。對(duì)于高層建筑而言，必須滿足結(jié)構(gòu)安全性能、抗震性能等方面的要求，而轉(zhuǎn)換層則能秀好地解決這方面的問題，因此，必須做好轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，基于對(duì)各個(gè)轉(zhuǎn)換層形式的了解，選擇最佳的轉(zhuǎn)換層類型，并嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)轉(zhuǎn)換層樓板、框支梁等比較關(guān)鍵的部位，進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)，使轉(zhuǎn)換層的質(zhì)量得到保障。 參考文獻(xiàn) 1李福順.淺談高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)J.建筑知識(shí)：學(xué)術(shù)刊，2012（10）. 2陳林.帶轉(zhuǎn)換