高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計理論及其應(yīng)用研究

談鑫

（南昌大學(xué)設(shè)計研究院 江西南昌 330000）

引言

隨著我國城市發(fā)展的步伐不斷的推進(jìn)，在城市建設(shè)發(fā)展中高層建筑已經(jīng)成為城市發(fā)展的一道亮麗的風(fēng)景線，在樓層的數(shù)量方面較多，結(jié)構(gòu)也與地層相比也比較復(fù)雜。在高層建筑中的梁式轉(zhuǎn)換層在建筑中主要發(fā)揮承上啟下的效果，需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的合理分配來保證豎向的載荷及應(yīng)力分配均勻，以此來保證結(jié)構(gòu)在受力方面的平穩(wěn)性。通過一系列有效的手段及技術(shù)，能夠更好的提高梁式轉(zhuǎn)換層的有效性。一般情況來說，在不同的位置是需要承擔(dān)不同的功能。例如說，底層為大部分都為車庫、零售、娛樂、餐飲等等，中層的建筑大部分都為辦公區(qū)、商業(yè)區(qū)，高層則多半都為住宅。基于各項位置及功能的不同，在建筑的結(jié)構(gòu)中也就不同，需要高層建筑滿足一系列的強(qiáng)度。由于轉(zhuǎn)換層在結(jié)構(gòu)上分類較多，本文中我們將進(jìn)一步對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)做出進(jìn)一步的闡述和研究。

1 高層建筑的特點及梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的概述

1.1 高層建筑的特點

高層建筑在結(jié)構(gòu)上通常都尤為復(fù)雜。高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層在結(jié)構(gòu)設(shè)計上不僅僅要對高層建筑的承受力水平及載荷做出有效的保障，還需要對高層建筑所能承受的垂直方向載荷做出保證。在對高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，大部分的因素都會對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計的水平做出影響。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)城市發(fā)展中高層的建筑越來越多，人們對于居住環(huán)境的舒適度在追求層面也越來越高，由此，高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計方面也變得尤為的關(guān)鍵。高層建筑最具顯著性的特點就是在樓層的數(shù)量上較多，高度比較高，這些特點全部都給高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中帶來了比較大的難度，高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在設(shè)計上，將承載控制到合理的范疇中顯得尤為的關(guān)鍵和重要。高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵就是對其抗壓力來進(jìn)行設(shè)計的。

1.2 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的必要性

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)具有非常重要的作用和意義，其最大的挑戰(zhàn)，就是通過建筑自身在承受的角度上做出分析，大部分建筑通常都是在下部的結(jié)構(gòu)上較為密集，以此來保證建筑的穩(wěn)定性。上部結(jié)構(gòu)基本都是保持相應(yīng)的密集度，以此來實現(xiàn)建筑上稀疏下密集的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。建筑的功能在多元性以及綜合性層面在現(xiàn)如今的建筑領(lǐng)域中已經(jīng)變得尤為的關(guān)鍵和重要，高層建筑的底部以及中部通常都是使用較為稀疏的商業(yè)構(gòu)造模式來實現(xiàn)的。上部多半都是采用相對比較密集的建筑構(gòu)造形式。與建筑自身在受力的穩(wěn)定性上出現(xiàn)了矛盾性。高層梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在應(yīng)用上，完全可以有效的來解決存在的矛盾。

2 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計理論

2.1 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本特征

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層在建筑領(lǐng)域始終都是發(fā)揮著承上啟下的效果，它是需要進(jìn)一步對建筑的上部結(jié)構(gòu)及豎向載荷做出合理的分配，以此減少結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生巨大突變以及應(yīng)力的集中，以此來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性以及在受力上的平穩(wěn)性。通過采用一些有效的特殊技術(shù)及方式，比如說，在梁式轉(zhuǎn)換層中布置相應(yīng)的設(shè)備及管道，這些設(shè)備是完全能夠適用和滿足于高層建筑在供水以及供暖上的需求。在國內(nèi)大部分的高層建筑都是采用了上部梁式，下部框架的結(jié)構(gòu)模式，通過對構(gòu)件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，來完成載荷的轉(zhuǎn)移，防范由于內(nèi)力過多而產(chǎn)生的集中情況。

2.2 高層梁式轉(zhuǎn)換層在構(gòu)造上的特點

在建筑工程領(lǐng)域之中，對于轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用十分的廣泛，在構(gòu)造的形式上更是趨于多樣化。梁式轉(zhuǎn)換層最為關(guān)鍵的特點就是，尺寸比較大，用途上更是尤為的廣泛，結(jié)構(gòu)通俗易懂，施工及操作簡單，能夠很大程度和意義上節(jié)約成本及造價，在性能上更是尤為的牢固，工程計算方便等等諸多特點。例如梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)以下部的轉(zhuǎn)換大梁為主，框支梁承載上部剪力墻，框支柱支撐框支梁，被稱為梁式框支剪力墻結(jié)構(gòu)。以墻-梁-柱（墻）為傳力途徑，明確、直接的傳力作用，便于方便工程計算、分析以及設(shè)計，在施工也較為簡單。實際過程中，可以根據(jù)轉(zhuǎn)換梁的受力特點、工作形式和應(yīng)用方式等將轉(zhuǎn)換梁劃分以下幾種不同的結(jié)構(gòu)形式見圖1。如果在設(shè)計過程中出現(xiàn)設(shè)計不足的情況，那么會對抗震產(chǎn)生非常不利的影響，梁過于高還會對空間的使用效果造成不好的影響。

圖1 梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式示意圖

2.3 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的受力特點

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層最為關(guān)鍵性的功能就是在傳力方面，它能夠?qū)⑸喜棵芗男】臻g上的豎向載荷傳輸給趨于下部稀疏較大的空間上去。因為轉(zhuǎn)換層高層建筑自身在結(jié)構(gòu)上的特點，載荷在豎向傳遞過程中通常都不連貫和直接，這會導(dǎo)致在側(cè)向剛度上發(fā)生一定的突變情況，轉(zhuǎn)換層在應(yīng)力上的集中，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在受力上尤為的復(fù)雜。如果發(fā)生一定的地震災(zāi)害，因為下部結(jié)構(gòu)相對比較薄弱，將會出現(xiàn)坍塌或者是變形的情況，給建筑的安全性帶來一定的威脅和隱患。對于轉(zhuǎn)換層在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計。第一，需要考慮的問題是關(guān)于受力的問題，最大的限度上來解決傳力不連貫而造成的受力集中以及突變等等問題，避免建筑結(jié)構(gòu)遭到破壞，帶來生命財產(chǎn)的威脅及損害。

3 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計上的應(yīng)用

3.1 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

關(guān)于高層建筑的開發(fā)最為的研發(fā)國家為美國，它更是作為了高層建筑的起源地。現(xiàn)如今，高層建筑已經(jīng)遍及實際的每一個角落。通過對國內(nèi)建筑相關(guān)信息的統(tǒng)計得知，截止到2014年年末，國內(nèi)的高層建筑已經(jīng)達(dá)到上百棟之多。我國是從70年代開始才采用梁式建筑的方式，并且其發(fā)展速度更是非常驚人，一直到了90年代，梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)才被廣泛的被應(yīng)用。

3.2 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)應(yīng)用的概括

在一些相對比較發(fā)達(dá)的國家中，早在20世紀(jì)中期，就有大量的建筑工程師開始設(shè)計比較高大的建筑，建筑結(jié)構(gòu)更是通過采用了上部剪力墻的形式，下部分通過采用框架結(jié)構(gòu)混合的方式。此項結(jié)構(gòu)上主要是采用上剛下柔的原理，結(jié)構(gòu)上相對比較穩(wěn)定。在經(jīng)過十幾年的發(fā)展以后，歷經(jīng)了幾次比較大的地質(zhì)災(zāi)害過后，建筑工程師們慢慢的發(fā)現(xiàn)，此項結(jié)構(gòu)其實并不牢穩(wěn)，在應(yīng)對地質(zhì)災(zāi)害的情況下造成了更為嚴(yán)重的坍塌情況。由于，設(shè)計師及工程師們幾經(jīng)研究，則研發(fā)出了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。在國內(nèi)，20世紀(jì)80年代初期開始廣泛的對大空間的建筑進(jìn)行研究，在上海以及大連等地更是開始建設(shè)了首批的梁式大型的建筑，隨著梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計技術(shù)的不斷完善及創(chuàng)新，國內(nèi)的高校也開始大批量的通過高層建筑來進(jìn)行實驗，在隨后的高層建筑上梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)得到了證實，開始不斷的被廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)的學(xué)者們更是對其做了大批量的研究，這些都促進(jìn)了高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的發(fā)展及應(yīng)用。

4 總結(jié)

綜上所述，在高層建筑的梁式轉(zhuǎn)換層的上密下疏的建筑原理上為建筑在受力方面起到了承上啟下的作用和效果，科學(xué)合理的對上部機(jī)構(gòu)的豎向載荷做出有效的分配，避免結(jié)構(gòu)突變及應(yīng)力的集中，以此來進(jìn)一步的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性以及在受力上的平穩(wěn)性。

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