高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計原理及其應(yīng)用

劉子健，吳琦銳

（1遵義市建筑設(shè)計院 貴州 遵義 563000）

（2成都鐵路局貴陽工務(wù)段 貴州 貴陽 550000）

1 引言

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計管理措施的特點需注重經(jīng)濟實用、落實細節(jié)且理念創(chuàng)新等，并且對高層建筑工程設(shè)計中梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求也更高。傳統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗與設(shè)計管理舉措已無法充分保證高層建筑工程設(shè)計中的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計，因此，在高層建筑工程發(fā)展的過程中，就日益凸顯出設(shè)計中梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計措施應(yīng)用管理工作的重要性。

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

在設(shè)計建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時必須重視合理科學地計算結(jié)構(gòu)，就整體而言提高整個結(jié)果的準確性。在實踐過程中，一般是按照受力變形情況構(gòu)建求解模型，對三維空間架構(gòu)特點進行全方位研究以完成計算規(guī)則。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是綜合結(jié)構(gòu)中一個重要環(huán)節(jié)，出于對精確性的考慮，可使用有限元法分級求解。在具體實施過程中，一方面要對模型中的結(jié)構(gòu)層數(shù)量（兩層及以上）給予重視，另一方面要注重邊界條件適應(yīng)真實情況。在計算綜合結(jié)構(gòu)過程中，必須利用兩種及以上的力學模型確認抗震性能，而在求解彈性時程時，處理方法宜選擇彈塑性時程。高位轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)當結(jié)合重力荷載環(huán)境計算結(jié)構(gòu)。梁式轉(zhuǎn)換層是高層建筑結(jié)構(gòu)的一個重要組成部分，因此，分析器內(nèi)力時應(yīng)當從整體出發(fā)，全面分析與研究其結(jié)構(gòu)。而在綜合內(nèi)力和位移求解上，處理方式可選擇三維空間和空間關(guān)系協(xié)作分析，通過兩種不同算法應(yīng)用從而確保計算結(jié)果搭符要求。

為防止沿豎向剛度變化過于懸殊形成薄弱層，設(shè)計中應(yīng)考慮使上、下層剛度比γ≤2°，盡量接近1。這樣的設(shè)計能保證豎向鋼度不會有太大的變化，上柱可以保持良好抗側(cè)力的性能，使整體結(jié)構(gòu)受力良好，上層鋼度比可以利用如下公式進行計算。

其中：°Gi、Gi+1—第i、i°+1層混凝土剪變模量；°Ai、Ai+1—第i、i°+1層折算抗剪截面面積(°A°=°A°W°+0.12AC)°；A°W—在所計算的方向上剪力墻的全部有效截面面積；Ac—所有柱的截面面積；hi、hi+1—第i、i°+1層的層高。

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

結(jié)合到具體工程項目，上部空間主要作為住宅空間，因此要結(jié)合實際情況將其結(jié)構(gòu)設(shè)置為二次轉(zhuǎn)換，確保轉(zhuǎn)換主梁、次梁符合設(shè)計標準，考慮到適應(yīng)建筑功能需求，還可以設(shè)置有短肢剪力墻，但是需要對其數(shù)量進行合理控制，最后獲取所需的結(jié)構(gòu)類型。如圖1、2所示為梁式轉(zhuǎn)換層上下樓的結(jié)構(gòu)布置圖。

圖1 二層結(jié)構(gòu)平面

圖2 四層結(jié)構(gòu)平面

3.1 結(jié)構(gòu)類型選擇

對于結(jié)構(gòu)梁式轉(zhuǎn)換層來說，在工程設(shè)計過程中必須在需求的基礎(chǔ)上選擇合適的類型，而本工程中，如果選擇厚板梁式轉(zhuǎn)換層會形成不利和弊端，集中體現(xiàn)在下面兩方面：第一，轉(zhuǎn)換厚板需要大量的混凝土和鋼材料，造價勢必會提升，并且難以有效處理厚板梁式轉(zhuǎn)換層，耗費時間精力較多；第二，由于各種作用力存在阻礙順利運算。然而選擇箱形轉(zhuǎn)換過程中能彌補上述缺陷，該轉(zhuǎn)換方式有利于確保完整的結(jié)構(gòu)，上下豎向構(gòu)件和上層結(jié)構(gòu)部署之間不存在直接聯(lián)系。然而出于對結(jié)構(gòu)設(shè)計層面的考慮，其內(nèi)力分析過程十分復(fù)雜，并且梁式轉(zhuǎn)換層處理技術(shù)不夠，會嚴重阻礙施工的順利進行。所以，選擇梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計方案能達到建筑對功能的需要。

3.2 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置

在次工程上，上部大多為住宅空間，因此把梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)置成二次轉(zhuǎn)換更合適，既能設(shè)計達到標準，也能增設(shè)了部分短肢剪力墻以適應(yīng)建筑功能的需求。如圖3所示。

圖3 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面

3.3 計算分析結(jié)構(gòu)

在計算分析建筑結(jié)構(gòu)過程中，其計算選擇是否合理準確會對計算結(jié)果的可靠性與準確性產(chǎn)生直接的影響。在該工程中工程中主要利用有限元軟件建立模型，通過模擬工作進行，獲得實際建設(shè)工作的相關(guān)數(shù)據(jù)。結(jié)合經(jīng)驗而談，第一步需先選好轉(zhuǎn)換的梁截面，然后再來用SATWE對整體結(jié)構(gòu)計算，得到轉(zhuǎn)換梁承受的設(shè)計剪力后，結(jié)合到校核截面尺寸要求，在強度與剛度方面提出相應(yīng)要求。結(jié)合到具體工程分析，梁式轉(zhuǎn)換層高度是4.45m，最大跨度是6.5m，大梁截面尺寸為450mm×1400mm。上部墻體的厚度要小于梁的寬度，墻體的厚度大約是200mm，梁的高工要相比于梁跨度，需要大于其1/6大才能達到標準。按照軸壓比確定框支柱主要截面尺寸：900mm×900mm。

4 結(jié)語

現(xiàn)今城鄉(xiāng)建設(shè)的步伐越來越快，在高程建筑工程設(shè)計中，設(shè)計管理以及對應(yīng)的技術(shù)措施在實際中均得以運用。設(shè)計管理應(yīng)用的要素之一：梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計也是重中之重，至關(guān)重要。不過就現(xiàn)階段來看，我國高層建筑工程設(shè)計中，實施各項梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計管理措施的時候，工藝水平還是會對其有所限制，這就使得我們在時間過程中將要面臨更多的問題。工程的首要目標是其安全性，為了利于社會穩(wěn)定的秩序以及社會有序發(fā)展，高層建筑工程梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要考慮到工程安全以及設(shè)計質(zhì)量，這就是工程設(shè)計人員對此更加重視，更加深入探尋更新更好的應(yīng)用措施。

[1] 熊進剛，吳曉莉，陳禮建，等.有梁式轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究[J].工業(yè)建筑，2011，31(6):34-36.

[2] 謝益人.轉(zhuǎn)換層位置及形式對復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響[D].重慶:重慶大學碩士學位論文，2013，11.