高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)剖析

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轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置的水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)將整體建筑結(jié)構(gòu)分開，實(shí)現(xiàn)上下采取不同的結(jié)構(gòu)形式，下部形成較大的空間結(jié)構(gòu)滿足商用剛度較小的框架結(jié)構(gòu);上部結(jié)構(gòu)形式根據(jù)住宅或小型公寓、賓館等使用功能靈活設(shè)置。建筑結(jié)構(gòu)中由于轉(zhuǎn)換層的設(shè)置造成沿建筑物高度方向剛度的均勻性受到破壞，導(dǎo)致傳力路線曲折、應(yīng)力集中和變形集中，決定轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的重要性，需要應(yīng)用合理的設(shè)計(jì)方法和措施保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的安全可靠。

1 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

高層建筑轉(zhuǎn)換層的主要功能是把上部小房間開間豎向結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到下部大開間的豎向結(jié)構(gòu)上，由于豎向結(jié)構(gòu)的上下結(jié)構(gòu)不連續(xù)貫通導(dǎo)致豎向構(gòu)件傳力的不直接，轉(zhuǎn)換層上、下樓層的抗側(cè)剛度發(fā)生突變，造成整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜。容易在地震發(fā)生時(shí)轉(zhuǎn)換層機(jī)構(gòu)出現(xiàn)薄弱層和軟弱層，引發(fā)建筑結(jié)構(gòu)的倒塌。

2 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

(1)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要承受上部結(jié)構(gòu)傳下來的巨大豎向荷載或懸掛下部結(jié)構(gòu)的多層荷載，因此控制轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素為豎向荷載，需要嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的豎向撓度。

(2)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)傳力和建筑功能的需要，按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算結(jié)構(gòu)靈活布置，保證具有足夠的剛度。整體剛度不足時(shí)，可加大屋面梁、板尺寸和厚度，減小地震可能性損害。

(3)豎直構(gòu)件是剛度突變的主要來源，根據(jù)具體的計(jì)算數(shù)據(jù)降低豎直構(gòu)件的使用數(shù)量，避免豎直構(gòu)件影響轉(zhuǎn)換效果。需嚴(yán)格按照比例分配，保障內(nèi)部力度傳輸?shù)钠胶庑裕l(fā)揮轉(zhuǎn)換層力度均衡的優(yōu)勢(shì)，有效承擔(dān)高層建筑的內(nèi)力。

(4)根據(jù)底層入口的擴(kuò)大需要及過度上、下層柱列的疏密不一，需要把水平轉(zhuǎn)換構(gòu)建布置在平面周邊角筒或柱列上。控制梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要結(jié)合高層建筑的基礎(chǔ)受力調(diào)整強(qiáng)度分配，適宜的強(qiáng)度可以保障梁式轉(zhuǎn)換層的性能，優(yōu)化轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的應(yīng)用。

(5)轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用轉(zhuǎn)換大梁、箱形結(jié)構(gòu)、厚板、桁架、空腹桁架、斜撐等形式，框支柱和落地剪力墻的布置需要按照設(shè)計(jì)剛度增加墻體的厚度，落地剪力墻的間距不原規(guī)程適當(dāng)加嚴(yán)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)剛度突變的控制。

3 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造

3.1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中框支柱的設(shè)計(jì)與構(gòu)造

建筑單位應(yīng)用地理信息系統(tǒng)得到建筑所在地區(qū)范圍的地震發(fā)生數(shù)據(jù)，根據(jù)高層建筑的承受地震級(jí)別計(jì)算出梁式轉(zhuǎn)換層的框支柱級(jí)配，根據(jù)框支柱的參數(shù)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程實(shí)際調(diào)整系數(shù)。框支柱的截面尺寸由軸壓比控制，抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)大于國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的450MM，并且框支柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)要高于C30。框支柱在抗震設(shè)計(jì)中采用井字復(fù)合箍或復(fù)合螺旋箍等箍筋形式，控制箍筋直徑大于10MM，沿梁全高加密。錨入梁內(nèi)的鋼筋長(zhǎng)度保證框支柱在上部墻體范圍內(nèi)的縱向伸入不少于一層，保證余柱鋼筋全部錨入梁內(nèi)或板內(nèi)。

3.2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中框支梁的設(shè)計(jì)與構(gòu)造

框支梁的設(shè)計(jì)決定梁體的穩(wěn)定性，其截面尺寸由剪壓比控制，不宜小于2 倍于其上部剪力墻厚度，不得小于400MM。剪壓比控制可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)力的限制，保證構(gòu)建的延性，避免在彈塑性階段出現(xiàn)脆性破壞。框支梁的跨度對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)高度影響較大，取跨度的1/6 為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。框支梁的受力來源主要是高層建筑雙層結(jié)構(gòu)的載荷力和傳輸框支梁的內(nèi)部受力，通過有限元計(jì)算方式可以設(shè)計(jì)構(gòu)件的安裝布置需要，為建筑安全性提供保障。框支轉(zhuǎn)換梁的構(gòu)造要求要滿足混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于C30 的要求，偏心受拉的框支梁制作上部縱向鋼筋應(yīng)有1/2 沿梁全長(zhǎng)貫通，保證下部縱向鋼筋全部直通到柱內(nèi)。框支梁支座處的箍筋需要特別加密，洞口靠近框支梁端部且梁的受剪承載力達(dá)不到要求時(shí)，采取措施可以選擇增大框支梁洞口連梁剛度或進(jìn)行框支梁加腋。

3.3 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中托柱轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)

托柱轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸不應(yīng)小于承托框架柱在梁寬方向的邊長(zhǎng)，受剪壓比控制要符合在柱兩側(cè)各寬出50MM。托柱轉(zhuǎn)換梁為普通受剪、彎構(gòu)建，可按純彎構(gòu)件計(jì)算截面承載力。托柱梁所承托的樓層較多時(shí)需要對(duì)托柱梁上梁柱交接處的混土局部受壓承載力進(jìn)行驗(yàn)算。轉(zhuǎn)換梁荷載集中處，轉(zhuǎn)換梁附加橫向鋼筋的位置，在滿足轉(zhuǎn)換梁截面抗剪承載力的數(shù)據(jù)要求時(shí)可以不配置附加橫向鋼筋。

3.4 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中框支梁上剪力墻的設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)換層的框支梁與上部二到四層的剪力墻共同工作，剪力墻內(nèi)的剪應(yīng)力與壓應(yīng)力分布不均勻，靠近框支梁端部的壓應(yīng)力較大，向框支梁跨中部壓應(yīng)力逐漸減小，需要很據(jù)剪應(yīng)力和壓應(yīng)力的計(jì)算數(shù)值設(shè)置配筋的強(qiáng)度。剪力墻在框支梁端部的內(nèi)力較大，可以在此處開設(shè)邊門洞，并著重加強(qiáng)該處剪力墻的厚度增加該處剪力墻的強(qiáng)度。

3.5 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中樓板的設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)換層樓板承擔(dān)上部樓層和下部樓層的剪力傳遞，需要根據(jù)剪應(yīng)力設(shè)計(jì)樓板的強(qiáng)度和剛度，防止樓板在極大的剪應(yīng)力作用下發(fā)生變形或開裂。轉(zhuǎn)換層樓板的最小截面高度根據(jù)國(guó)家行業(yè)規(guī)定不得小于180MM，并需要在板面和板底實(shí)現(xiàn)雙向配筋，保證鋼筋錨固在樓板周圍的邊梁或墻體內(nèi)。轉(zhuǎn)換層樓板不應(yīng)錯(cuò)層及筒體和落地剪力墻處的樓板不能開洞，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換層樓板的整體性。根據(jù)建筑的使用功能及設(shè)計(jì)要求必須對(duì)樓板進(jìn)行開洞操作的，需要在洞口的周邊和樓板的邊緣設(shè)置邊梁來保證樓板的剛度，要求邊梁的寬度大于樓板板厚的2 倍，采用機(jī)械焊接鋼筋接頭。根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)內(nèi)力的傳遞性對(duì)相鄰樓層的樓板需要進(jìn)行剛度的加強(qiáng)，剛度的加強(qiáng)可以提高建筑所能承受的力度，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保持整體建筑的穩(wěn)定。

4 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)梁式轉(zhuǎn)換層的豎向布置需要解決高層建筑側(cè)向方面受力不均衡的狀態(tài)，避免剛度突變，需要在保持原有剪力墻的數(shù)量下削減剪力墻的厚度，實(shí)現(xiàn)豎直方向承載力的減輕，達(dá)到降低梁式轉(zhuǎn)換層豎向承載力的目的。采用符合行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的高級(jí)配混凝土材料，實(shí)現(xiàn)保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的目的。控制位于剪力墻內(nèi)部核心筒的厚度，穩(wěn)定轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)。

(2)梁式轉(zhuǎn)換層的平面布局設(shè)計(jì)需要圍繞梁式轉(zhuǎn)換層的周邊進(jìn)行，采用堆成的設(shè)計(jì)方式穩(wěn)定轉(zhuǎn)換層的重心，控制高層建筑水平方向的位移距離，達(dá)到扭轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)、提高高層建筑的扭轉(zhuǎn)能力。加強(qiáng)平面布局的數(shù)據(jù)和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，避免設(shè)計(jì)誤差的出現(xiàn)。轉(zhuǎn)換層處于高層建筑結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)區(qū)，設(shè)計(jì)要充分考慮地震級(jí)配問題，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)奶岣叩燃?jí)級(jí)別。

5 結(jié)束語

梁式轉(zhuǎn)換層在多功能高層建筑中發(fā)揮穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的重要作用，需要根據(jù)建設(shè)需求結(jié)合成功經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)計(jì)算公式嚴(yán)格驗(yàn)算設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證高層建筑的穩(wěn)定性。

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