高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘 要：由于梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計較為復雜，在設(shè)計中要加強對主要構(gòu)件進行設(shè)計，確保轉(zhuǎn)換層功能，保障高層建筑安全。本文結(jié)合工程實例，對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行簡單探討。

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

一.引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和土地資源的緊缺，高層建筑建設(shè)規(guī)模越來越大。為實現(xiàn)高層建筑的特殊功能，需要設(shè)置轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層的形式具有多種，各形式間差別較大，存在傳力性能和抗震性能的差異。梁式轉(zhuǎn)換層具有受力性能好、構(gòu)造簡單、工作可靠及施工方便等特點，受到廣泛應用。

二.工程概述。

某高層建筑樓層總層數(shù)為32層，其中地下2層，地上30層，總建筑面積為24837㎡，建筑1-5層設(shè)計為商業(yè)用房，6-32層為住宅。1層層高為5.10米，2-5層的層高為4.10米，設(shè)計為框架-筒體結(jié)構(gòu)；6-32層層高為3.10米，設(shè)計采用剪力墻-筒體結(jié)構(gòu)。在建筑的5-6層之間設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，同時擁有設(shè)備安放。

三.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.梁式轉(zhuǎn)換層概述

城市人口數(shù)量逐步上升，土地資源需求不斷增加，在有限的土地供應實情下，高層建筑成為緩解用地緊張的重要舉措。城市高層建筑一般多為綜合性用途的建筑，其下部一般為餐館、商場，中部為辦公用房，上部為旅館、住宅等。由于樓層建筑功能的變化，需要在建筑豎向結(jié)構(gòu)形勢上發(fā)生改變，樓層在豎向結(jié)構(gòu)形式體系上發(fā)生變化時，需要通過設(shè)置轉(zhuǎn)換層來實現(xiàn)過渡。為適應建筑功能變化，要在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)置水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，轉(zhuǎn)換層將部分豎向構(gòu)件打斷，促使豎向力的傳遞發(fā)生轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)換層是實現(xiàn)轉(zhuǎn)折功能的大型水平構(gòu)件。從轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式來看，主要分為斜撐式轉(zhuǎn)換、板式轉(zhuǎn)換、桁架式轉(zhuǎn)換、箱式轉(zhuǎn)換、空腹桁架式轉(zhuǎn)換及梁式轉(zhuǎn)換等。

梁式轉(zhuǎn)換層將上部的剪力墻落在框支梁上，由框支柱來支撐框支梁。當需要縱橫向同時轉(zhuǎn)換時， 則采用雙向梁布置。梁式轉(zhuǎn)換層具有結(jié)構(gòu)傳力途徑清楚、傳力直接和明確等特點，進行結(jié)構(gòu)計算時較為簡單，同時具有構(gòu)造簡單、工作可靠、施工方便和受力性能好的優(yōu)點，其缺點是當轉(zhuǎn)換梁的跨度較大時，需要較大的轉(zhuǎn)換梁截面，需要加大轉(zhuǎn)換梁的抗側(cè)剛度和質(zhì)量，導致結(jié)構(gòu)對地震的反應較大。

2.梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計遵循原則

（1）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，梁式轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)越少，所造成的剛度突變同時也變小，更加有利于結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（2）梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要確保轉(zhuǎn)換層具有足夠的剛度，一般情況下，設(shè)計轉(zhuǎn)換梁的高度不得小于跨度的六分之一，以確保內(nèi)力在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)和下部構(gòu)件中能夠合理分配，確保剪力墻柱和轉(zhuǎn)換梁具有良好的受力性能。

（3）梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要采用 “樓板在平面內(nèi)剛度無限大”的假定，確保剪力墻和所有框支柱位移相等水平力按照落地剪力墻和框支柱的剛度進行比例分配。由于轉(zhuǎn)換層樓板需要將上部結(jié)構(gòu)的水平剪力傳遞到下部結(jié)構(gòu)中，其本身需要承受部分豎向荷載和較大的平面內(nèi)剪力，轉(zhuǎn)換層樓板在自身平面內(nèi)應力的影響下，存在較為顯著的變形，因此需要確保轉(zhuǎn)換層樓板具有足夠的剛度和強度。

（4）梁式轉(zhuǎn)換層上部的柱子和剪力墻盡量要對稱布置。在轉(zhuǎn)換梁跨中設(shè)置梁上立柱，避免轉(zhuǎn)換梁變形時梁上立柱的柱腳產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)角，從而帶動立柱的柱腳產(chǎn)生較大幅度的變形，引起柱的剪切和彎曲，促使立柱產(chǎn)生較大內(nèi)力。

（5）梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要通過全面細致的計算來確保整體結(jié)構(gòu)安全。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)需要采用符合實際受力變形狀態(tài)的分析計算，通過建立模型進行三維空間整體結(jié)構(gòu)分析計算。

3.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）轉(zhuǎn)換梁的截面設(shè)計方法

梁式轉(zhuǎn)換層截面的設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)形式及受力性能息息相關(guān)。①托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計。轉(zhuǎn)換梁承托的上部結(jié)構(gòu)為普通框架時，在轉(zhuǎn)換梁的常用截面尺寸范圍內(nèi)，其受力性能和普通梁基本相同，在配筋計算時可以按照普通截面設(shè)計方法進行。當轉(zhuǎn)換粱承托上部斜桿框架時，轉(zhuǎn)換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構(gòu)件進行截面設(shè)計。②托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計。當轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法宜采用深梁截面設(shè)計方法或應力截面設(shè)計方法，且計算出的縱向鋼筋應沿全梁高適當分布配置。

（2）轉(zhuǎn)換層分析計算

整體計算完畢后對轉(zhuǎn)換層本身應采用平面有限元計算軟件做局部應力的補充計算。進行局部分析時，應考慮轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上下樓層是否進入局部計算模型，以及樓層樓蓋平面內(nèi)剛度影響，注意實際結(jié)構(gòu)的三維空間盒子效應，采用符合實際情況的正確計算模型。框支剪力墻的計算較為復雜，上部剪力墻需與下面多根柱相連接，如果連接不當會產(chǎn)生很大的計算誤差。空間分析程序是以梁柱為基本單元，而分析底部框支剪力墻時，剪力墻作為柱單元考慮。

（3）轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計

梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計構(gòu)造要求：①轉(zhuǎn)換層樓板要將上層結(jié)構(gòu)的水平剪力傳遞到下層抗剪結(jié)構(gòu)上去，本身承受很大的平面內(nèi)剪力，同時又承受部分豎向荷載。因此要求樓板要有足夠的強度和剛度。②轉(zhuǎn)換層大梁是承托上部剪力墻或柱傳下來豎向荷載的重要構(gòu)件.本身受力很大，它是整個結(jié)構(gòu)抗震安全的關(guān)鍵部位。因此，轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計在整個轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計中至關(guān)重要。

4.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要點。

（1）梁式轉(zhuǎn)換層在豎向位置上不宜過高。

梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度在8度時一般盡量不要超過3層，設(shè)置高度為7度時盡量不要超過5層，設(shè)置高度為6度時，看根據(jù)實際情況適當提高。工程結(jié)構(gòu)必須采用高位轉(zhuǎn)換時，要盡量設(shè)置外圍為框架筒體結(jié)構(gòu)，利用框架筒體結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度突變有效改善抗震性能。

（2）對上下部分結(jié)構(gòu)進行協(xié)調(diào)布置，要盡量減少轉(zhuǎn)換層構(gòu)件數(shù)量。

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，其上部豎向構(gòu)件要盡量設(shè)置到轉(zhuǎn)換梁靠近支座位置，便于豎向力的傳遞。由于直接落地的豎向構(gòu)件越多，需要的轉(zhuǎn)換構(gòu)件也就越少，轉(zhuǎn)換層所造成的剛度突變同時也就變小，更加有利于建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能提升，因此要盡量減少結(jié)構(gòu)需要豎向轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件。

（3）盡量確保水平結(jié)構(gòu)傳力直接，避免次梁為轉(zhuǎn)換構(gòu)件

梁式轉(zhuǎn)換層為上下主體豎向結(jié)構(gòu)時，要盡可能使水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的傳力更加直接，同時要避免次梁為轉(zhuǎn)換構(gòu)件。由于次梁為轉(zhuǎn)換構(gòu)件的抗震性能、傳力途徑和經(jīng)濟性都缺乏，因此在次梁的上部要利用填充墻來代替。

（4）確保梁式轉(zhuǎn)換層樓板的延性和剛度。

梁式轉(zhuǎn)換層的樓板作為框支剪力墻結(jié)構(gòu)的分界，樓板的上下兩部分受力性能具有較大的差異。其上部在剪力墻結(jié)構(gòu)外部荷載作用下，能夠按照等效剛度進行比例分配，結(jié)構(gòu)的受力性能相對較好；樓板下部的落地剪力墻和框支柱由于性能不同，水平剪力主要都集中在落地剪力墻上，當轉(zhuǎn)換層荷載分配發(fā)生突變時，極其容易產(chǎn)生薄弱層。

四.結(jié)束語

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計相對較為簡單，結(jié)構(gòu)受力比較明確。進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要將梁式轉(zhuǎn)換層的梁柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件作為重點，設(shè)計過程中在滿足計算要求的同時，必須提升轉(zhuǎn)換構(gòu)件的構(gòu)造要求，確保結(jié)構(gòu)安全可靠。

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