帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設計

呼延競飛（西華大學建筑與土木工程學院2010級土木工程（建筑工程）2班，四川 成都 610000）

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帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設計

呼延競飛
（西華大學建筑與土木工程學院2010級土木工程（建筑工程）2班，四川 成都 610000）

摘 要：建筑行業(yè)相關技術的發(fā)展，為帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設計工作帶來了積極的影響。這類建筑在實際的施工過程中對于施工技術的要求較高，需要設計人員理解和掌握結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關內(nèi)容，保證高層建筑結(jié)構(gòu)設計的合理性。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設置，加大了高層建筑施工的難度。只有從根本上做好結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設計工作，弄清高層建筑空間結(jié)構(gòu)的整個格局，才能保證工程的施工進度不受影響。結(jié)合目前結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在高層建筑結(jié)構(gòu)應用中的發(fā)展現(xiàn)狀，可以看出做好結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設計工作的重要性。同時，高層建筑整體質(zhì)量的可靠性，也需要保證結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設計圖紙的科學性。本文將結(jié)合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關內(nèi)容，對高層建筑結(jié)構(gòu)設計進行深入地探討。

關鍵詞：結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層；高層建筑；設計；施工進度；空間結(jié)構(gòu)

社會的不斷進步，為人們居住環(huán)境質(zhì)量的改善提供了可靠的保障。為了滿足人們各種各樣的住房需求，高層建筑在設計的過程中加入了多元化元素，完善了建筑的服務功能。不同用途的高層建筑實際的組合方式存在著顯著的差異，因此需要設計人員做好各項基礎性的設計工作。為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)布局的合理性，必須做好結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關工作，保證這些結(jié)構(gòu)層實際應用中受力的均勻性。高層建筑轉(zhuǎn)換層對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的尺寸及受力特性有著明顯的影響，需要采取可靠的技術手段最大限度地發(fā)揮轉(zhuǎn)換層的實際作用，增強高層建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。本文將對結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關內(nèi)容進行了深入地分析，為高層建筑結(jié)構(gòu)設計的合理性提供了必要的參考依據(jù)。

一、高層建筑中結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關內(nèi)容

（一）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的作用

高層建筑與普通建筑的設計有所區(qū)別，高層建筑中不同樓層之間的受力特點對于建筑整體安全性有著重要的影響。一般情況下，高層建筑中越往上的樓層受力較小，中間和下部的樓層受力相對較大。同時，每一層的受力情況也存在著一定的區(qū)別。因此，設計人員在設計階段需要采取增強高層建筑下部結(jié)構(gòu)的剛度和橫梁、柱等結(jié)構(gòu)作用效果的措施，保證這類建筑實際使用中的質(zhì)量可靠性。當樓層逐漸增加時，設計人員通常會減少墻、柱等結(jié)構(gòu)的安置數(shù)量，保證下部支撐結(jié)構(gòu)能夠充分地發(fā)揮實際的支撐作用。因此，針對高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的特殊性，設計人員在具體的設計過程中需要擴大下層結(jié)構(gòu)的空間。這與常規(guī)性建筑的設計思路截然不同。同時，設計人員通過設置水平結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換構(gòu)件的方式，保證了高層建筑空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這種設計思路體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在高層建筑設計和使用中的重要性。

（二）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的主要類型

根據(jù)高層建筑用途的不同，設計者在設計的過程中也會采取不同類型的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。這些轉(zhuǎn)換層在實際的應用中所涉及的技術有所區(qū)別，需要從多個角度分析不同類型的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的主要類型包括：（1）板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。高層建筑上下層之間柱網(wǎng)數(shù)量的過多，需要依靠板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的作用保證各層之間的受力均勻性。板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在實際的應用中需要達到抗剪和抗切的具體要求，它的厚度最大不超過2.8m。同時，板式結(jié)構(gòu)的設置靈活性突出，但自身的重量相對較大，需要大量的輔助材料；（2）框架結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層。框架結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)勢在于它的抗震性能較好，可以達到高層建筑的抗震要求。這種結(jié)構(gòu)主要是以巨型柱的方式所組成的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，實際應用中對于下層的柱體結(jié)構(gòu)要求較高。在具體的施工過程中，需要采取支撐效果較好的裝置加固最下層框架結(jié)構(gòu)的柱體結(jié)構(gòu)，達到設計方案的具體要求。這種框架結(jié)構(gòu)在高層建筑轉(zhuǎn)換層應用中取得了良好的效果，將會成為未來高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的主要發(fā)展趨勢；（3）梁式的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。高層建筑垂直轉(zhuǎn)換施工中需要依靠梁式的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)完成相關的操作。這種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)較為普遍，它可以傳遞高層建筑不同層之間的作用力，保證了高層建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。梁式的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中最上層墻的受力大小可以通過一定的傳遞路徑傳到最下方的柱。在實際的應用中，梁式結(jié)構(gòu)的造價成本相對較高，占據(jù)了高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層一定的市場份額。它的高度最大不超過6.0m，最小也在0.8m以上。

（三）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的布設原則

高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在長期的使用中容易導致整個建筑垂直方向剛度性能的下降，影響著高層建筑的抗震性能。因此，設計人員在高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層布設的過程中需要遵循一定的原則。這些原則主要包括：（1）結(jié)合高層建筑整體的結(jié)構(gòu)狀況，充分考慮不同層的受力特性。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)受力的傳遞性，需要選取可靠的受力結(jié)構(gòu)作為整個轉(zhuǎn)換層的核心結(jié)構(gòu)。采取這些措施有利于后期項目施工中技術人員及時地分析結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層中存在的相關問題，提高了實際問題的處理效率；（2）由于高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層垂直方向存在著剛度突變的安全隱患，影響著整個建筑的安全性能。因此，設計人員在布設結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的過程中，需要適當減少高層建筑垂直方向的構(gòu)件，將轉(zhuǎn)換層設置在樓層較低的位置。同時，設計人員也需要將轉(zhuǎn)換層的剛度控制在一定的范圍內(nèi)，保證高層建筑實際的抗震效果。

二、帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層高層建筑設計中需要注意的問題

不同類型的高層建筑在具體的設計過程中需要考慮各種各樣的問題，主要是為了保證施工進度不受影響。其中，帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層高層建筑設計中需要注意一些常見的問題。這些問題主要包括：（1）保證高層建筑較大空間區(qū)域內(nèi)的剛度性能達到行業(yè)的參考標準，采取必要的措施將轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)中的剛度控制在合理的范圍內(nèi)。同時，也需要保證等效側(cè)向剛度的科學性；（2）為了消除外界作用力對框支剪力墻的影響，需要提高剪力墻豎向構(gòu)件的配筋率；（3）由于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位移角對于高層建筑整體的結(jié)構(gòu)有著一定的影響，需要利用可靠的技術手段控制位移角的大小，并保證高層建筑基底的重力荷載達到一定的抗震要求；（4）為了加強薄弱樓板的抗壓性能，需要采取厚度約為220mm的現(xiàn)澆混凝土樓板加固，并在對應的轉(zhuǎn)換層相鄰的樓層之間設置厚度約為150mm的樓板，二者之間呈對稱的關系。

三、帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的優(yōu)化策略

（一）減少轉(zhuǎn)換層豎向結(jié)構(gòu)剛度的差異性

帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑在實際的使用中轉(zhuǎn)換層的豎向結(jié)構(gòu)存在著剛度突變的問題，影響著結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的安全性能。因此，設計人員在高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設計中應該減少轉(zhuǎn)換層雙向結(jié)構(gòu)的差異性，將上下轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度的差值控制在合理的范圍內(nèi)，并適當增加落地墻的厚度，將安全系數(shù)較大的補償剪力置于相關的結(jié)構(gòu)中，保證高層建筑的部分結(jié)構(gòu)的空間剛度。同時，由于落地構(gòu)件對于高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)也有一定的影響，設計人員需要保證落地構(gòu)件的設計均勻性，適當增大構(gòu)件的截面尺寸。選擇剛度較大的混凝土材料，提高轉(zhuǎn)換層下方抗側(cè)力的性能，可以達到相關構(gòu)件的抗彎設計要求。

（二）充分考慮不同層受力狀況對于轉(zhuǎn)換層的影響

高層建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層相對比較特殊，主要在于它在實際的應用中需要考慮不同層的受力狀況，尤其是關鍵部位的應力大小。因此，設計人員在高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設計階段，需要充分考慮不同層的受力狀況，采取先進的技術手段計算出不同部件實際的應力值。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層周圍的應力分布狀況，可以在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層中添加一定量的配筋，最大限度地發(fā)揮結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層實際的作用效果。同時，為了保證高層建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要設計人員掌握梁跨部位支座正負彎矩速度的變化規(guī)律，保證腰筋尺寸的合理性。設計人員也可以將梁跨部位下端的鋼筋設計為全埋式的錨固結(jié)構(gòu)，消弱彎筋的作用，提高結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的安全性能。

（三）合理布設剪力墻，保證轉(zhuǎn)換層整體結(jié)構(gòu)的合理性

高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層對于剪力墻的合理布設有著一定的要求，主要是為了突出轉(zhuǎn)換層整體結(jié)構(gòu)的作用。一般在設計轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時，要求剪力墻的框架支柱必須均勻疏密，并將它與支柱之間的距離控制在合理的范圍內(nèi)。二者的距離一般保持在11m左右。根據(jù)高層建筑整體的空間布局，設計方案需要達到工程剪力墻的具體要求，增強地下結(jié)構(gòu)整體的抗壓能力。設計轉(zhuǎn)換大梁的過程中，需要保證梁體的整體結(jié)構(gòu)能夠承受相關應力的大小，并對短肢墻的內(nèi)力進行必要地控制。要實現(xiàn)這些目標，設計人員應該采取可靠的技術手段處理轉(zhuǎn)換梁兩端的結(jié)構(gòu)，保證整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

結(jié)語

在帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設計過程中，需要設計人員充分地理解和掌握結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的相關內(nèi)容。應結(jié)合高層建筑整體的結(jié)構(gòu)框架，選擇出符合實際要求的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。本文通過對不同類型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的闡述，為高層建筑空間布局的合理規(guī)劃提供了必要的參考依據(jù)。做好高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的研究工作，具有重要的現(xiàn)實參考意義。

參考文獻

［1］張博.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計原理及其應用［D］.湖南大學，2011.

［2］呂鵬，徐剛，劉洪亮.某帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設計［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2013 （12）.

［3］趙海杰.帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設計與分析概述［J］.四川水泥，2015（11）.

［4］趙恒.對高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計的有關探討［J］.中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013 （14）.

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