高層建筑混凝土轉換層結構設計原則及實例分析

文/羅輝　中山市南粵建筑設計有限公司 廣東中山 528400

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高層建筑混凝土轉換層結構設計原則及實例分析

文/羅輝中山市南粵建筑設計有限公司 廣東中山 528400

轉換層在高層建筑結構具有重要重要作用，所以本文結合工程實例，探討了高層建筑混凝土轉換層結構設計原則以及相關要點，以此促進高層建筑轉換層結構設計水平不斷提高。

高層建筑；混凝土；轉換層結構；設計原則

隨著我國城市化進程的不斷加快，高層建筑逐漸增多，其功能需求也發(fā)生了較大的變化，所以為了滿足建筑功能需求，因此應在高層建筑中，科學合理的設置轉換層，隔開建筑空間，并且充分發(fā)揮建筑功能的要求，因此有必要加強高層建筑混凝土結構設計，并遵循一定的原則，以此提高高層建筑混凝土轉換層結構設計水平，保證我國高層建筑工程施工質量。所以有必要加強高層建筑混凝土轉換層結構設計原則及相關要點進行合理分析。

1、工程概況

某高層建筑工程，總建筑面積為53065.79m2，分為地上和地下兩部分，其中地上為23層，建筑面積為37307.59m2，地下為2層，建筑面積為15758.20m2，建筑的總長、寬、高分別為46.10m、35.90m、111.563m。該建筑工程的22層以下和23層層高為分別為4.2m和4.5m，地下室層高分別為4.7m、3.75m，該建筑上部分為辦公樓，主要用于辦公，下部分主要由兩部分組成，一部分為車庫，另一部分為設備用房。

該建筑工程地震設計，其基本烈度為7，建筑場地類別為Ⅱ類，該建筑所處位置抗震不利地段，對該建筑工程進行地質勘察，其場地地基土共分為7層，由上至下為填石、中砂、淤泥、粉質粘土、全風化花崗巖、強風化花崗巖、砂土狀強風化花崗巖、碎塊狀強風化花崗巖、中風化花崗巖。

2、轉換層結構設計特點

在布置轉換層結構時，還應充分了解轉換層結構的特點，其特征主要有以下幾點：1）一般情況下，大梁與支承柱進行連接，其連接處應力會有所集中，會對建筑物的抗震產生不利影響，所以采取抗震措施進行有效的處理。2）上部豎向構件的荷載主要傳遞給轉換層大梁；3）轉換層的空間設置較為高大，這樣在一定程度上保證了轉換層的剛度，但是對轉換層空間使用會產生不利影響。

3、轉換層結構設計

3.1結構選型

在轉換層結構設計過程中，應根據實際情況進行結構選型，一般情況下，主要有幾種類型：1）若選擇厚板，則容易出現(xiàn)兩方面問題，一方面會增加板材和混凝土用量，投資成本有所增加，與此同時還應提高施工難度；另一方面會增加結構受力以及計算過程的復雜性：2）若選擇箱形，可以保證豎向構件的有效傳力，但是結構設計較為復雜，需要進行內力分析，而且施工也較為困難。3）若采用梁式轉換層，其內部空間布置靈活，構件傳力路徑情系，符合建筑功能要求。

3.2結構設計原則

轉換層結構的合理設置，一方面可以解決平面連續(xù)性變化的結構單元體系，另一方面可以有效解決豎向結構的突變性轉化，在布置轉換層結構時，其方式應與常規(guī)方式相反，若不能合理的進行布置，容易造成建筑物豎向剛度的突變，影響建筑結構的抗震性能。所以對于轉換層結構設計，應遵從以下幾個方面原則：

（1）轉換層結構設計應嚴格控制上、下層的剛度，一般應將其控制在1-2范圍內，以此提高上層柱子的抗側力，減少結構豎向剛度變化，這樣有利于結構的整體受力。對于上、下層剛度比計算，應采取的計算公式如下：

γ=Gi+1Ai+1hi/Gi Aihi+1（1）

在上述式子中，Gi+1、Ai+1、hi+1分別代表第i+1層混凝土剪變模量、折算抗剪截面面積以及層高；Gi、Ai、hi分別代表第i層混凝土剪變模量、折算抗剪截面面積以及層高。另外A的計算公式為A=AW+0.12Ac，AW、AC的剪力墻和全部柱的截面面積。

（2）為了減少轉換層剛度，應采取有效措施，使結構豎向構件減少，這樣可以有效防止轉換層剛度發(fā)生較大的突變，提高結構抗震性能。

（3）在結構設計時，應嚴格控制轉換層的梁高度，一般應大于跨度的1/6，同時還應加強結構構件的合理分配，加強建筑結構的轉換。

3.3結構概念設計

對于結構概念設計，我們應注意以下幾個方面：1）應嚴格控制轉換層上下結構側向剛度，尤其是要加強對底部框支層的剛度，所以可以采用短肢剪力墻，并將其設置底部靠南位置，以減少北向的剛度，從而使剛度滿足實際的實際需求；2）采用180mm厚的樓板，同時應采用合理的配筋方式，并保證每層的配筋率符合要求，一般不應少于0.25%；3）采用短肢剪力墻，并將其合理的布置在框支柱上，按照相關要求，適當增加墻肢的長度，這樣在一定程度上會使大梁的彎矩和梁高降低。

3.4結構計算

在本次工程施工過程中，根據相關規(guī)范的要求，所使用的軟件為SATWE空間有限元軟件，并通過對該軟件的合理利用，實現(xiàn)對剪力墻的單元模擬。同時還應對轉換梁的設計剪力值進行計算，在此之前，應合理選擇轉換梁的截面，確定好設計剪力值后，采取有效措施，對剪力值進行有效控制，使其在0.5fcbh/0.85校核截面尺寸以下。同時還應采用SATWE空間有限元軟件，對建筑結構整體進行分析，求出相關參數(shù)，主要包括層間位移、地震剪力等等。

3.5構造措施

為了滿足建筑功能的使用要求，還應采取以下構造措施：1）應對框支梁上部墻體門開洞應加密配箍，防止其剪力過大，影響結構的抗震性；通過梁段加腋方式，并進行箍筋加密，以此梁端的洞口抗剪承載力，2）二次轉換層應通過梁端加腋方式，提高結構的抗剪安全性；3）采用交叉斜筋，并使其充分配置在連梁內，保證連梁的強剪弱彎。

結語：

總之，混凝土轉換層在高層建筑中能夠起到至關重要的作用，所以在高層建筑中的應用越來越廣泛，所以應根據建筑工程實際情況，結合相關的設計規(guī)范，合理進行結構布置和選型，同時在結構設計過程中，應遵循一定的設計原則，嚴格控制轉換層的剛度，并使其滿足規(guī)范要求，以此提高轉換層結構設計水平，促進高層建筑的整體質量。

［1］潘嶠.高層建筑混凝土轉換層結構設計原則及實例分析［J］.住宅與房地產，2015，（25）：150.

［2］陸冰洋.某高層建筑預應力混凝土板式轉換層結構設計分析［J］.城市建筑，2015.

［3］曾坤.某高層建筑混凝土轉換層結構設計實例應用探討［J］.住宅與房地產，2015，（19）：162-163.