高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及要點(diǎn)探究

1、<p>　　高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及要點(diǎn)探究</p><p>　　摘要：在高層建筑中，轉(zhuǎn)換層的使用是很普遍的，并且得到了越來(lái)越多的關(guān)注與推廣。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，要根據(jù)高層建筑自身的特點(diǎn)和計(jì)算得到的建筑構(gòu)件受力情況，來(lái)選擇最科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)方案，從而保證高層建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性，滿(mǎn)足人們的不同使用要求。本文根據(jù)筆者高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)功能、形式、設(shè)計(jì)原則及要點(diǎn)進(jìn)行了探討。 </p>

2、;<p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)原則 要點(diǎn) </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p><b>　　正文： </b></p><p><b>　　1.轉(zhuǎn)換層的功能 </b></p><p>　　從高層建筑功能來(lái)看，上部需要很多的墻體以分

3、隔空間，進(jìn)而不斷滿(mǎn)足住戶(hù)需求；下部則需要寬廣的使用空間，少墻體、大柱網(wǎng)，從而更好的滿(mǎn)足建筑物使用要求。根據(jù)這種建筑形式，在建筑布置中，就會(huì)出現(xiàn)和常規(guī)豎向布置相反的“下小上大”的現(xiàn)象，即：下部柱網(wǎng)稀少，上部墻體稠密的現(xiàn)象。針對(duì)這種情況，為了保障建筑要求，必須在上下結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)行轉(zhuǎn)換層設(shè)置，轉(zhuǎn)換層作為當(dāng)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要方式，轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)是整個(gè)工程設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。隨著高層建筑平面逐漸多樣化，在設(shè)計(jì)中，必須結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)

4、，進(jìn)而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全的綜合成果。 </p><p>　　2.高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式 </p><p>　　按照結(jié)構(gòu)形式來(lái)分類(lèi)高層建筑轉(zhuǎn)換層可以分為桁架體系、粱--柱體系、厚板轉(zhuǎn)換體系和墻梁體系等，梁--柱體系是最為常見(jiàn)的。如果內(nèi)部需要形成較大的空間，包括軸線(xiàn)轉(zhuǎn)變和結(jié)構(gòu)類(lèi)型轉(zhuǎn)變時(shí)，可以采用桁架式、梁式和板式的轉(zhuǎn)換層;如果框筒結(jié)構(gòu)需要在底層形成較大的入口，這是可以使用多種轉(zhuǎn)換形式，梁式、墻式

5、、拱式和合柱式。目前我國(guó)普遍使用梁式轉(zhuǎn)換層，由于設(shè)計(jì)和施工比較簡(jiǎn)單、受力比較明確，底部大空間的剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)經(jīng)常采用。 </p><p>　　3.高層建筑轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)原則 </p><p>　　在確定好結(jié)構(gòu)形式后，設(shè)計(jì)過(guò)程中還要遵循以下幾個(gè)原則: </p><p>　　3.1要盡量減少轉(zhuǎn)換次數(shù)，布置主體的豎向構(gòu)件時(shí)，要上下連續(xù)貫通盡可能多的剪力墻和柱，轉(zhuǎn)換構(gòu)件少，轉(zhuǎn)換

6、層引起的剛度突變就會(huì)小，就會(huì)越有利于結(jié)構(gòu)的抗震。 </p><p>　　3.2做到傳力直接，在設(shè)計(jì)時(shí)要避免多級(jí)轉(zhuǎn)換，使水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)能夠傳力直接，要避免避免使用次框、支柱梁的結(jié)構(gòu)方案。 </p><p>　　3.3要優(yōu)化轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比值。按照相關(guān)的規(guī)范要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程可以采取加大框支柱斷面、加厚剪力墻厚度、提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)來(lái)強(qiáng)化轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的剛度，還可以弱化上部結(jié)構(gòu)的剛度。這

7、些措施可以減少優(yōu)化轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)承載力和側(cè)向剛度的變化，滿(mǎn)足抗震的要求。 </p><p>　　3.4要保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，可以采用兩種力學(xué)模型不同的三維空間分析軟件來(lái)計(jì)算整體的內(nèi)力，兩種軟件計(jì)算完成后還要進(jìn)行結(jié)果的對(duì)比分析。 </p><p>　　4.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置以及設(shè)計(jì)要點(diǎn) </p><p>　　4.1轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置 </p><p>　

8、　在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置中，由于底部轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、上部豎向構(gòu)件不能直接連通落地，從而就需要可靠安全的轉(zhuǎn)換層構(gòu)件。根據(jù)目前的研究結(jié)果以及工程經(jīng)驗(yàn)，在高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中，可以使用的轉(zhuǎn)換構(gòu)件有：析架、斜撐、空腹性析架、轉(zhuǎn)換式大梁、厚板以及箱形結(jié)構(gòu)等形式。由于地震區(qū)轉(zhuǎn)換厚板使用檢驗(yàn)不足，經(jīng)常被6度以及非地震區(qū)使用；對(duì)于空間較大的范圍或者地下室，受約束作用影響，地面上部的框支結(jié)構(gòu)大于地震反應(yīng)，所以7度或者8度的地震設(shè)計(jì)時(shí)也可以采用厚板進(jìn)行轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)。

9、</p><p>　　由于框支柱和落地式剪力墻對(duì)防止轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)在地震中倒塌具有重要作用，故在筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，筒體上下必須根據(jù)剛度要求適當(dāng)增加墻厚。同時(shí)，框支剪力墻必須擁有足夠的剪力墻，進(jìn)行上下貫通，在長(zhǎng)矩形框支剪力墻非結(jié)構(gòu)中，落地剪力墻必須根據(jù)施工要求，按照原有規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者采用落地柱周邊不能有錯(cuò)層的規(guī)定。這不僅是對(duì)轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的保障，也是對(duì)抗震結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格要求，在盡量減小內(nèi)力突變的同時(shí)，控制好剛度突變，

10、縮短轉(zhuǎn)換層架構(gòu)傳遞。 </p><p>　　4.2高層建筑轉(zhuǎn)換層構(gòu)件設(shè)計(jì)要求 </p><p><b>　?。?）框支柱 </b></p><p>　　為了保障高層建筑轉(zhuǎn)換層框支柱擁有良好的延性，必須對(duì)軸壓進(jìn)行嚴(yán)格的控制。當(dāng)框支柱抗震級(jí)別為特一級(jí)時(shí)，軸壓比必須小于0.6；對(duì)于截面尺寸較大形成的短柱，必須低于0.55。由于配箍率和截面尺寸具有緊密

11、的聯(lián)系，從而導(dǎo)致框支柱配箍率比普通框架柱大很多。在工程建設(shè)中，由于個(gè)別框支柱必須作為剪力墻進(jìn)行使用，所以約束性邊緣構(gòu)件特征值必須在0.2以上，也就是2.64%的配箍率。在整個(gè)工程建設(shè)中，框支柱作為重要的構(gòu)件，為了保障安全系數(shù)，柱端彎矩和剪力必須乘以對(duì)應(yīng)的增大系數(shù)，讓每層框支柱剪力之和始終為基底的30%。在程序計(jì)算中，由于樓板假定剛度較大，所以水平剪力一般根據(jù)構(gòu)件剛度進(jìn)行分配。 </p><p><b>

12、　　（2）框支梁 </b></p><p>　　在高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，框支梁尺寸只受剪壓比控制，寬度通常在400毫米之上，高度大于跨度計(jì)算的1/6。由于框支梁受力情況復(fù)雜，不僅是保障抗震系數(shù)的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是上下層荷載重要的傳輸通道，它是整個(gè)高層建筑工程復(fù)雜重要的受力結(jié)構(gòu)；所以在設(shè)計(jì)中必須預(yù)留充足的安全儲(chǔ)備，對(duì)于抗震等級(jí)為特一級(jí)的框支梁，配筋率必須在0.6以上。在滿(mǎn)足計(jì)算要求的前提下，一般用偏

13、心受拉的方式，配置足夠的腰筋，并且配筋率始終在0.8%以上。 </p><p>　　4.3高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì) </p><p>　　在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中，由于高位轉(zhuǎn)換具體情況，從而對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)受力極為不利。根據(jù)相關(guān)計(jì)算結(jié)果表明：在水平性地震作用中，由于傾覆性力矩以轉(zhuǎn)折形式在轉(zhuǎn)換層呈現(xiàn)，下部以剪力墻結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，落地剪力墻在傾覆力矩下遞較快的同時(shí)，讓傾覆力矩以轉(zhuǎn)折的形式呈現(xiàn)。當(dāng)整個(gè)高層建筑

14、位置較高時(shí)，傳力途徑和剪力分配就會(huì)產(chǎn)生極大的變化，由于落地式剪力墻極容易出現(xiàn)裂縫，在上部墻體內(nèi)力較大的過(guò)程中，下部支撐極容易屈服，進(jìn)而出現(xiàn)薄弱層。為了保障整個(gè)工程設(shè)計(jì)的合理性、安全性，框支轉(zhuǎn)換層設(shè)置必須在3層之上，剪力墻、框支柱抗震等級(jí)必須增強(qiáng)一級(jí)，除了特一級(jí)、外圍密柱框架、核心筒結(jié)構(gòu)不需提高。 </p><p>　　目前，我國(guó)底部轉(zhuǎn)換層在高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是仍然沒(méi)有大地震考驗(yàn)；由于轉(zhuǎn)換層上

15、部結(jié)構(gòu)不能貫通下部樓層，所以轉(zhuǎn)換層通常為薄弱樓層，當(dāng)框架剪力乘以1.15時(shí)，就可以增大系數(shù)。但是在這過(guò)程中，需要注意的是：樓層設(shè)計(jì)剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，該樓層仍然是薄弱層。對(duì)于轉(zhuǎn)換層構(gòu)件設(shè)計(jì)中，必須調(diào)整水平地震內(nèi)力；對(duì)于8度的抗震設(shè)計(jì)，必須考慮地震作用影響，使用“動(dòng)力時(shí)程”或者“反應(yīng)譜”方法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，或者將轉(zhuǎn)換構(gòu)件在重力荷載的標(biāo)準(zhǔn)下，讓內(nèi)力和增大系數(shù)的1.1相乘。另外，由于內(nèi)力增大系數(shù)較高，對(duì)于處在第三層或者三層以上的轉(zhuǎn)換層極為不利，

16、同時(shí)內(nèi)力幅度增大。針對(duì)這類(lèi)特殊現(xiàn)象，高層建筑轉(zhuǎn)換層作為受力極為復(fù)雜的，但是對(duì)抗震不利的結(jié)構(gòu)，當(dāng)防烈抗震度達(dá)到0.4g時(shí)，必須停止使用。在實(shí)際抗震設(shè)計(jì)中，根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型、防烈度、房屋高度以及構(gòu)件類(lèi)型，使用對(duì)應(yīng)的抗震等級(jí)對(duì)其進(jìn)行精細(xì)的計(jì)算，或者采用構(gòu)造措施進(jìn)行設(shè)計(jì)、處理。 </p><p>　　4.4高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上下層剛度比 </p><p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層剛度比設(shè)計(jì)作為整

17、個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，為了避免安全隱患，必須認(rèn)真對(duì)待。在轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)等效側(cè)向剛度比計(jì)算中，必須綜合各個(gè)構(gòu)件彎曲、剪切以及軸向變形對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響。當(dāng)高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)置在三層或者三層以上時(shí)，側(cè)向剛度不能低于樓層側(cè)向剛度的60%。為了避免轉(zhuǎn)換層下部剛度過(guò)大、側(cè)向剛度過(guò)小造成的不良影響，對(duì)于三層或者三層以上的轉(zhuǎn)換層，必須將60%規(guī)定為工程下限值。 </p><p>　　在外圍柱距框筒結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)中，必

18、須保持上下剪切剛度始終不變。對(duì)于普通情況，由于下部截面較小，層高比上層高，所以很難滿(mǎn)足施工要求。針對(duì)這種情況，必須使用鋼管混凝土柱或者鋼骨混凝土柱，有效調(diào)整延性、剛度以及截面面積，進(jìn)而達(dá)到建筑工程要求。在這過(guò)程中，需要特別注意的是：轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)連接，當(dāng)上部為混凝土?xí)r，必須鋼骨混凝土柱及時(shí)錨入下部轉(zhuǎn)換層。 </p><p><b>　　3、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p&

19、gt;　　隨著現(xiàn)代高層建筑綜合化、多功能化發(fā)展，在同一豎直直線(xiàn)上，不同的樓層開(kāi)始有不同的用途。高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，必須根據(jù)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置、要求，再結(jié)合抗震設(shè)計(jì)以及配合比原則，從根本上保障轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]施曉.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]