帶轉換層高層建筑結構設計

沈鋒(上海市對外服務有限公司國際人才分公司，上海200001)

帶轉換層高層建筑結構設計

沈鋒
(上海市對外服務有限公司國際人才分公司，上海200001)

隨著我國經濟的不斷發展，為了滿足各種商業需求，建筑工程開始向復雜的高層建筑發展。為了保證建筑的質量和安全性，在建筑結構中大量應用轉換構件。但在使用過程中發現這種豎向構件無法連續，其結構受力復雜無規律，傳力不直接，在發生一些不確定情況后，例如地震作用，其可能形成薄弱層。針對帶轉換層高層建筑結構的特點，對其結構進行計算分析，保證構件設計、應用的合理性。

轉換層；高層建筑；結構設計

1 引言

在進行帶轉換層高層建筑結構設計時，涉及的工作內容較多，設計重點是要選擇好的方案，科學合理地布置結構，針對建筑需求，合理地設計其抗震等級，同時明確轉換構件的構造要求，嚴格按照要求進行構件施工操作，完成施工后要對梁式轉化層結構進行檢查，保證施工操作無誤。

2 案例分析

以某小區建筑進行分析，其屬于高層建筑，以住宅為主，同時也集中了辦公、酒店、幼兒園、商業項目，有很強的綜合性。該工程的總建筑面積約 100 379m2，其中地下面積約16 567m2，地上總面積為83 812m2[1]。地下設置了2層地下室，第1層為地下車庫，地面設計了5個塔樓，分別為月1、月2、月3、月4、月5棟，利用防震縫將不同建筑分開。月4棟的裙樓和塔樓，后期主要為住宅和商業用樓，裙樓頂的設計標高為23.30m，而塔樓屋面的設計高度達到了95.5m，為了保證建筑的質量，在該工程中充分使用了梁式轉換層結構。對建筑參數進行分析，該工程設計使用年限為50年，整體結構安全設計為一級，工程地處軟弱土層，屬于Ⅲ類場地[2]。

3 帶轉換層高層建筑結構設計分析

3.1 對結構進行豎向設置

高層建筑的設計側向剛度上小下大能有效避免出現剛度突變。但如果建筑設置了轉換層結構，就不能遵循這一規律。為了解決這一問題，相關文件以明確規定側向剛度要求。對于本工程中設計了高位轉換，因此上下的側向剛度比值接近于1。進行設計的時候，綜合考慮對這些參數的要求，設計人員作出了強化下部,弱化上部的決定，處理這一問題的方式有5種。（1）直接和建筑專業人員商量，落地使用剪力墻，如果不夠，在底部增加一部分剪力墻，但剪力墻不能向上伸展。該方式可以提高底部的剛度。在建筑兩側還可設置剪力墻結構，南部有一大片W形剪力墻也落至基礎，這些措施有效地提高了底部的剛度。（2）提高底部剪力墻的厚度。剪力墻在轉換層之下，將核心筒厚度設計為400mm，其他設置為350mm。（3）在設置底部剪力墻時，不進行開洞，或者開一個小口，洞口過大會嚴重削弱剪力墻的剛度。（4）為了保證結構的穩定性，可以加強底部柱、墻的混凝土強度等級，在選擇混凝土材料時，必須使用C40混凝土。（5）減少轉換層上面剪力墻的數量，縮減墻體厚度，這樣上部存在的剛度就會被削弱，可以有效調整剛度比，減輕建筑整體質量，減少框支梁承受的荷載，將結構的自振周期增大，減小地震影響力。綜合這幾種處理措施，建筑有良好的穩定性。

3.2 合理設置結構平面

工程底部設置了框架剪力墻結構，為了避免產生過大應力，同時避免出現混凝土裂縫，整體設計體型簡單，線條規則，上部完全設置為剪力墻結構。布置剪力墻時左右完全對稱，在南北方向剛度中心和質量中心偏差在2m范圍內，因此結構偏心率在合理范圍內[3]。剪力墻分散比較均勻，可提高建筑的抗扭作用。通過資料分析得到，第一自振周圍比值為0.83，各層層間位移和水平位移小于1.4mm，完全滿足平面布置的要求。

4 構件的設計情況分析

4.1 框支柱的設計分析

通過軸壓比可以有效控制框支柱的截面尺寸，但也要考慮剪壓比要求。為了確保框支柱有很好的延展性，必須嚴格控制軸壓比。設計抗震等級為一級，因此軸壓比值要小于0.6，如果截面尺寸較大，容易形成短柱，為了保證整體質量，結構合理性，要求比值小于0.55。除此之外，配箍率和柱的截面延性有很大關系，在各項條件影響下，框支柱的配箍率比普通框架大很多。設計人員要求箍筋大于φ10mm@100mm，對其進行完全加密，同時要求配箍率大于1.5%。本工程中部分框支柱還兼做剪力墻端柱,針對這一情況，要求約束邊緣構件配箍特征值大于0.2，配箍率大于1.82%。框支柱在轉換層結構中非常重要，可以增加建筑的安全系數。在計算過程中，無論是柱端彎矩還是柱端剪力都必須乘以增大系數,每層框支柱承受剪力之和應取基底剪力的30%。在使用軟件計算時，一般都設定樓板剛度為無限大，因此，水平剪力根據豎向剛度進行分配。框支柱的剛度大于底部剪力墻剛度，導致框支柱的剪力非常小。但是在實際施工中，可能會出現樓板變形，或剪力墻發生嚴重裂縫，導致其整體剛度下降，增加框支柱的剪力[4]。針對這一問題，規定框支柱剪力增大范圍，必須滿足在相關規定范圍內，否則審核不通過。除此之外,保證轉換層上下有良好的連接,框支柱上部墻體范圍內的縱筋應伸入上部墻體內一層，在其他的墻體范圍外，縱筋需要水平錨入轉換層的梁板內,這種方式完全符合錨固要求。

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4.2 框支梁的設計分析

框支梁的截面尺寸設計需要考慮剪壓比,寬度必須大于上墻厚的2倍，不能小于400mm。框支梁的高度要大于跨度的1/6，框支梁的梁寬為800mm。在整個建筑結構中，框支梁會承擔巨大的壓力，而且處于受力最復雜的環境中，在上下層荷載傳輸中起到樞紐作用，也是框支剪力墻抗震性能的有力保障。框支梁縱筋配筋率必須大于0.4%。滿足設計、計算的條件下,其配筋率必須大于0.8%。設置框支梁的時候，一般都會設計成偏心受拉構件,在該梁中有一定的軸力作用，為了保證其剛度，需在其內部設置足夠數量的腰筋。該工程采購了φ18mm的腰筋,沿著梁的高度方向，控制其間距在200mm范圍內,在錨入到支座內的時候，必須保證連接的可靠性[5]。框支梁受到的剪力非常大,在應對抗震中發揮著重要作用。設置的位置也十分關鍵，因此對框支梁設計中，更加注重強剪弱彎原則，當縱筋有一定的富余后,設計中就更應該加強箍筋，保證整個構件系統的穩定性。在該工程中采用了φ14mm@100mm箍筋，對六肢箍要進行加密,要求對其的配箍率在1.15%以上,這是整個結構設計的結果，可以有效保證結構的安全性[6]。

4.3 對轉換層樓板的設計分析

轉換層將框支剪力墻結構分離成上下2個部分，其內力分布都是不同的，上部樓層出現的水平力一般都根據每片剪力墻情況，按照一定的剛度比例進行分配。對于下部樓層而言,落地剪力墻和框支柱在剛度方面有一定的差距,在落地剪力墻上集中體現了水平剪力,也就是在轉換層位置其荷載分配情況發生了突變。處于轉換層內的樓板會承擔上下2部分剪力，要對承擔的剪力重新分配。施工中要注意，樓板平面方向受力很大，會發生嚴重變形，因此在轉換層處設置的樓板，一定要加強剛度，提高其承載力，避免過大的變形。在該工程中對轉換層樓板施工中，為了保證其剛度，使用的混凝土型號為C35,厚為200mm[7]。

5 結語

通過對轉換層高層建筑結構設計分析，發現與其他結構相比，轉換層高層建筑結構設計存在一定的復雜性。為了保證建筑工程質量，必須考慮多種影響因素，綜合分析判斷。在工程設計中，主要做好建筑等級的設置、結構的設計、結構平面的設計、框支柱的設計、框支梁的設計及轉換層樓板的設計。轉換層結構具有復雜及工程量大等特性,設計人員必須重視,從而優化設計流程，提高設計效果。

【1】汪翔.帶轉換層的高層建筑結構設計[J].中國房地產業,2016(5)：10-11.

【2】涂冬冬.建筑結構設計基本方法及注意事項[J].中國新技術新產品, 2012(7):181-182.

【3】呼延競飛.帶結構轉換層的高層建筑結構設計[J].中國新技術新產品,2016,14(10):116-117.

【4】張丁華,傅桂云.探究梁式轉換層在高層建筑結構設計中的應用[J].建筑工程技術與設計,2016(18)：277-277.

【5】曹偉偉.城市高層建筑主體結構及轉換層施工技術[J].工程技術:引文版,2016(4):23-24.

【6】祎楊 .高層建筑工程結構轉換層混凝土施工技術運用簡析[J].工程技術:引文版,2016(81):100-100.

【7】陳靜.高層建筑梁式轉換層結構設計[J].中國新技術新產品,2016 (5):119-120.

圖3 樓板角部放射狀配筋

3.5 科學合理設計洞口和管線

在樓板施工中，涉及很多預埋構件，如果處理不當也會導致混凝土裂縫的發生。在樓板中進行管線的預埋時，一定要設置鋼絲網片，要求所預埋管線直徑小于厚度的1/3，直徑要小于50mm。如果管線在樓板中有交叉情況，必須使用接線盒處理，堅決不能將交叉線疊放到一起，需要在樓板上開口時，開口周圍必須進行加固處理，否則在澆筑混凝土后就會塌陷。相關規定中要求洞口尺寸必須小于300mm，對于板內的鋼筋不能封堵開口，可以從洞口邊緣繞過。

4 結語

通過對建筑結構設計中的現澆混凝土裂縫控制措施分析，在設計中合理使用“放與抗”的原則，就可以避免結構中出現裂縫。保證建筑平面的規則性，避免設計結構復雜，不利于澆筑混凝土，而且質量也很難控制。除此之外，還必須對應力、外荷載因素進行考慮，分析這些構件的受力情況，科學地增加柱、橫梁，提高不同位置的承載力，避免結構不穩定，在完成施工后期出現嚴重的裂縫問題。

【參考文獻】

【1】仝鑫.基于超長現澆混凝土結構的裂縫與控制[J].中國新技術新產品,2016(17)：110-112.

【2】徐春濤.淺析建筑施工中現澆鋼筋混凝土結構裂縫控制[J].中國科技博覽,2016(5):90-90.

【3】蘇文喜.淺析房屋建筑結構設計中的現澆混凝土裂縫控制策略[J].大科技,2016(15)：423-424.

【收稿日期】2016-11-03

Structural Design of High-Rise Building with Transfer Floor

SHEN Feng
(Shanghai International Service Co.Ltd.International Talent Branch,Shanghai 200001,China)

With the development of economy in our country, in order to meet various commercial demands, the construction project began todevelop into complex high-rise buildings. In order to ensure the quality and safety of buildings, a large number of conversion components are usedin the building structure. It is found that such a vertical member can not be continuous, and its structure is subject to complex rules and forces arenot direct.Therefore, after some uncertainties, such as seismic action, it may for ma weak layer.Aiming at the characteristics of high-rise buildingwith transfer floor, the structure is calculated and analyzed to ensure the rationality of component design and application.

transferlayer;high-risebuilding;structuraldesign

TU973+.3

A

1007-9467（2016）12-0025-03

2016-11-03

沈鋒（1979～），男，上海人，工程師，從事結構設計與管理研究。