高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要點總結(jié)

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要點總結(jié)高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要點總結(jié)

摘要：梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重點，關(guān)系到整個建筑結(jié)構(gòu)的平安與使用壽命，本文以桂林北極廣場沃爾瑪商場結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，從建筑結(jié)構(gòu)選型、轉(zhuǎn)換層類型及轉(zhuǎn)換層設(shè)計要點等方面對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計展開了探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層；設(shè)計

中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A文章編號：

一、結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)本商業(yè)樓所處位置的抗震強度，綜合考慮，該工程根據(jù)現(xiàn)行標準可選用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)，為防止在住宅戶內(nèi)出現(xiàn)影響使用的梁柱，住宅局部采用剪力墻結(jié)構(gòu)。由于該工程住宅局部5~30層戶型均相同，且較規(guī)那么。假設(shè)按全落地剪力墻結(jié)構(gòu)，計算結(jié)果周期、位移、配筋等參數(shù)均合理，滿足標準要求，樓層層間最大位移與層高之比小于1/1000，最大層間位移與平均層間位移的比值小于1.3，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比小于0.85，但全落地剪力墻結(jié)構(gòu)不滿足1~4層商場大空間使用功能的要求；假設(shè)將前面商場入口位置的局部剪力墻改為框架柱，按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，計算結(jié)果單體質(zhì)量偏心較大，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期一直為第一周期，最大水平位移和層間位移與該樓層平均值的比值也不滿足標準要求，通過加大柱截面的方法來改善其位移情況收效不大，且加大柱截面對上部住宅的影響很大，因此最終采用局部框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)換層的設(shè)置會造成建筑物豎向剛度的突變，因此應(yīng)盡量遵循以下原那么：

1、保證主體結(jié)構(gòu)沿豎向剛度均勻，減少需轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，轉(zhuǎn)換構(gòu)件越少轉(zhuǎn)換層造成的剛度突變就越小，對結(jié)構(gòu)抗震就越有利。

2、防止高位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換層位于3層以上時，層間位移角、剪力的分配及傳力路徑發(fā)生急劇突變，易形成薄弱層，抗震非常不利。因此?高規(guī)?規(guī)定，局部框支剪力墻結(jié)構(gòu)在地面以上設(shè)置轉(zhuǎn)換層的位置，8度時不宜超過3層，7度時不宜超過5層，6度時可適當提高。

3、當轉(zhuǎn)換層設(shè)置在1、2層時，轉(zhuǎn)換層與相鄰上層結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比γe1宜接近1，當轉(zhuǎn)換層設(shè)置在2層以上時，轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比γe2也宜接近1。轉(zhuǎn)換層位置較高的高層建筑不利于抗震，為保證結(jié)構(gòu)的平安，在地震作用下落地剪力墻和轉(zhuǎn)換柱應(yīng)不先于轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)進入屈服狀態(tài)，使轉(zhuǎn)換層及以下各層的平安系數(shù)大于上部。

二、轉(zhuǎn)換層的主要型式

轉(zhuǎn)換層常見的幾種類型：梁式轉(zhuǎn)換層、箱式轉(zhuǎn)換層、厚板式轉(zhuǎn)換層、桁架式轉(zhuǎn)換層等，根據(jù)?高規(guī)?第10.2.4條的規(guī)定，非抗震設(shè)計和6度抗震設(shè)計時可采用厚板，7、8度抗震設(shè)計時地下室的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件可采用厚板。可見，采用厚板受地震影響比擬大，使用時存在較大局限性。目前一般采用的是梁式轉(zhuǎn)換層，即將上部剪力墻設(shè)于轉(zhuǎn)換梁上，再由轉(zhuǎn)換柱來支撐轉(zhuǎn)換梁。他的優(yōu)點是傳力方向明確，設(shè)計和施工簡便，造價低。而箱式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)點是轉(zhuǎn)換梁的約束性強，剛度大，整體受力效果好，其缺點是施工復雜，造價高。此外，桁架等轉(zhuǎn)換型式也因為受力復雜，造價高，施工難度大等原因而較少在工程中得到實際應(yīng)用。由于需轉(zhuǎn)換的構(gòu)件不多，結(jié)合工程實際情況，最后決定采用梁式轉(zhuǎn)換。

三、轉(zhuǎn)換層主要構(gòu)件設(shè)計要點

1.轉(zhuǎn)換柱設(shè)計要點

框支柱全部縱向鋼筋配筋率，對于抗震是非常重要的一關(guān)?？蛑еS壓比計算會確定框支柱截面尺寸。一般情況下抗震等級每個級別都有自己的特別要求，四個等級抗震設(shè)計之間的百分比相差很小，設(shè)計時必須把握分寸仔細而要精準，間距抗震設(shè)計有準確的參照標準。一般情況下大局部縱向鋼筋配筋率也有自己確定要求?？蛑е拷顟?yīng)該沿著框架支柱的層次進行全面加密。而加密區(qū)體積配箍率抗震等級各等級不小于一定比率。框支柱應(yīng)該采用一些復合螺旋箍或井字復合箍，箍筋直徑通常保持在一定標準之內(nèi)，間距也是，與此同時，6倍縱向鋼筋直徑的較小值。如果不需要抗震設(shè)計，框支柱就可以采用復合螺旋箍或井字復合箍，箍筋體積配箍率和箍筋直徑也有標準要求。

2.轉(zhuǎn)換梁設(shè)計要點

主要規(guī)定如下：轉(zhuǎn)換梁與轉(zhuǎn)換柱截面中線宜重合。轉(zhuǎn)換梁截面高度不宜小于計算跨度的1/8?？蛑Я航孛鎸挾炔灰舜笥诳蛑е鄳?yīng)方向的截面寬度，且不宜小于其上墻體截面厚度的2倍和400mm的較大值。托柱轉(zhuǎn)換梁應(yīng)沿腹板高度配置腰筋，其直徑不宜小于12mm，間距不宜大于200mm。轉(zhuǎn)換梁縱向鋼筋接頭宜采用機械連接，同一連接區(qū)段內(nèi)接頭鋼筋截面面積不宜超過全部縱筋截面面積的50%，接頭位置應(yīng)避開上部墻體開洞部位、梁上托柱部位及受力較大部位。轉(zhuǎn)換梁不宜開洞。假設(shè)必須開洞時，洞口邊離開支座柱邊的距離不宜小于梁截面高度；被洞口削弱的截面應(yīng)進行承載力計算，因開洞形成的上、下弦桿應(yīng)加強縱向鋼筋和抗剪箍筋的配置。托柱轉(zhuǎn)換梁在轉(zhuǎn)換層宜在托柱位置設(shè)置正交方向的框架梁或樓面梁。

3.轉(zhuǎn)換梁的計算要求

轉(zhuǎn)換梁的承載力一般是由斜截面受剪承載力控制。斜截面受剪承載力主要由混凝土和箍筋承當，梁水平腰筋也能承當一局部剪力，但一般不參與計算，而是作為平安儲藏使用。因此適當提高轉(zhuǎn)換梁的水平腰筋不僅能減少裂縫的產(chǎn)生，還能加大其受剪承載力。轉(zhuǎn)換梁的正截面受彎承載力計算與普通梁相同。由于上部荷載作用點或荷載作用線經(jīng)常與梁截面中心線不重合，使得轉(zhuǎn)換梁產(chǎn)生扭矩，而梁的抗扭承載力較低，因此設(shè)計時不僅要通過計算來確定抗扭承載力是或能滿足，還應(yīng)在開始設(shè)計時就盡量使兩者重合，有條件的情況下可設(shè)置雙向轉(zhuǎn)換梁來平衡扭矩。

4.落地剪力墻設(shè)計要點

落地剪力墻承當?shù)牡卣饍A覆力矩應(yīng)大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%；落地剪力墻洞口宜布置在墻體的中部；落地剪力墻的間距：非抗震時不宜大于3B和36m；抗震設(shè)計時，當?shù)撞靠蛑訛?~2層時，不宜大于2B和24m；當?shù)撞靠蛑訛?層及3層以上時，不宜小于1.5B和20m；B為落地墻之間樓蓋的平均寬度。

5.轉(zhuǎn)換層及其相鄰樓層樓板的設(shè)計要點

轉(zhuǎn)換層樓板厚度不宜小于180mm，應(yīng)雙層雙向布置，且每層每方向的配筋率不宜小于0.25%，落地剪力墻外圍樓板不宜開洞。與轉(zhuǎn)換層相鄰樓層的樓板也應(yīng)適當加強。

6.轉(zhuǎn)換層計算要求

轉(zhuǎn)換層只是高層建筑中的一局部，分析計算時，應(yīng)先進行結(jié)構(gòu)整體計算分析，即將轉(zhuǎn)換層放入整個結(jié)構(gòu)體系中按空間協(xié)同工作分析方法、三維空間分析方法或其他有效方法進行整體內(nèi)力與位移計算。這樣能較好的反映結(jié)構(gòu)體系中各桿件對轉(zhuǎn)換層的整體影響，使轉(zhuǎn)換柱的位移和內(nèi)力更接近實際情況。但由于整體分析時結(jié)構(gòu)桿件較多，不能對轉(zhuǎn)換層進行細化計算，因此難以保證接觸面上的變形能完全協(xié)調(diào)，構(gòu)件的計算有可能存在誤差。由于上述原因，在完成整體計算分析后，還應(yīng)對轉(zhuǎn)換層進行局局部析，利用平面有限元分析法對轉(zhuǎn)換構(gòu)件進行詳細的應(yīng)力分析，確保結(jié)構(gòu)體系的整體平安。

四、結(jié)束語

在進行高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要概念明確，思路清晰，計算分析各種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時，應(yīng)選用適宜的平面或空間有限元程序，以減少工作量，提高效率，同時對某些結(jié)果的調(diào)整也變得更為理想。普通梁承載力計算、受