帶梁式轉換層結構的高層建筑結構設計

阮鳴

摘要：本文筆者結合某綜合建筑實例，從框支柱、框支梁、轉換層樓板、抗震等級、平面布局等方面分析了帶梁式轉換層結構的高層建筑結構設計要點，論述了帶梁式轉換層結構的特點。對提升建筑結構設計參數計算的準確度有很大的幫助，確保了高層建筑的施工質量符合設計要求。

關鍵詞：帶梁式轉換層結構；高層建筑；剪力墻

帶梁式轉換層結構主要是通過控制建筑內部受力均衡性來確保建筑結構的穩定性，它具有良好的發展前景。因為高層建筑上部結構薄弱下部結構比較緊湊，所以轉換層的穩定性要有新的突破。如今，高層建筑功能呈現多元化，建筑上部做居住使用，采用密集的結構設計，建筑底部和中部做商業使用，采用稀疏的結構設計。把帶梁式轉換層結構應用到高層建筑結構設計中，保證能夠建筑結構設計受力的穩定性，對提升建筑受力的穩定性起了很大作用。

一、工程概況

某綜合建筑項目總建筑面積47391.86m2，其中包括地上28層，地下2層。地下1層為儲藏室及設備用房；地上1層-3層做商業與其他用途；地上4層-28層為住宅建筑。地下1層層高為3.6 m，管道層層高為1.8 m，地上1層層高4.8 m，地上2-3層層高5.5 m，地上3層～28層層高均為3.0 m，室內外高差0.60 m，建筑總高度88.9 m。結合各種形式轉換層的優缺點，把地上1層設置成框支轉換層、地上1層以上為純剪力墻，這方便了建筑結構應力的傳遞也滿足了建筑結構空間使用功能的需要。要注意在結構設計時，要根據結構大空間使用功能性要求杜絕結構豎向剛度差距明顯的問題出現，嚴格按照《高層建筑混凝土結構技術規程》的要求對帶梁式轉換層上下部分的側向剛度比例進行調節，盡量減小剪力墻上門的窗洞口調整底部剪力墻的強度等級與厚度，讓結構形成一個封閉的筒體。

二、帶梁式轉換層結構的高層建筑結構設計要點

（一）框支柱

對于框支柱的設計，設計人員應在地震組合下根據高層建筑能夠承受的地震級別，確定帶梁式轉換層框支柱的截面及配筋，依據軸力值設計框支柱參數，調整數據參數、增加結構的受力強度、明確框支柱設計的數量。設計人員應該科學準確的計算剪力墻與框支柱的受力情況，根據框支柱軸壓計算框支柱的截面尺寸，控制建筑轉換層的框支柱受力范圍，確保在工程設計中框支柱具有足夠的延性。根據放大后的彎矩設計值，通過框支柱的柱頂彎矩乘以放大系數方式來配筋。在抗震設計時，需按規定設置支柱承受的地震剪力。表現在：當每層帶梁式轉換層結構中框支柱的數量不超過10根時，如果底部框支層設在1層-2層，必須確保每一根框支層以上，每一個框支柱所承受的剪力必須大于3%。如果建筑每一層框支柱的數量超過10根時，當1 層-2層的建筑底部框支層所承受的剪力，必須大于結構基底剪力的20% ，框支層剪力全部設在3層以及3層以上，必須將每一層框支柱所承受的剪力控制在30%以上。在完成框支柱剪力設計工作后，還要按照規定要求，認真觀察框支梁的剪力、彎矩和框支柱的軸力變化情況，及時調整每一層框支柱與柱端框架梁的彎矩，再對應調整框支柱剪力，這樣就不影響到整個結構層所承載的剪力。而且，需做好抗震等級的設計工作，采用復合螺旋箍或井字復合箍綁扎轉換柱鋼筋，，沿著框支柱實施全高加密，并控制鋼筋綁扎的直徑與間距，確保直徑大于10mm、間距小于100mm，來設計每一層框支柱的縱向鋼筋配筋率。

（二）框支梁

框支梁的受力具有復雜性，，它是上下層荷載的傳輸重心和提升框支剪力墻抗震性能的核心部位，它的受力與其他結構設計相對要大。所以一定要嚴格按照高層建筑結構設計有關規定設計框支梁。如果建筑項目的轉換梁上、下部縱向鋼筋系非抗震設計，最小配筋率必須大于0.3%；如果抗震等級為特一、一級和二級，最小配筋率必須大于0.6%、0.5% 和0.4%，還要在框支剪力墻結構中的框支梁上、下縱向鋼筋和腰筋節點位置實施錨固，再檢查水平段，確保大于0.4lab（非抗震）或者是大于0.4labE（抗震設計）伸至柱邊，梁上部第一排縱向鋼筋應向柱內彎折錨固，為不影響整體施工質量，錨固延伸到梁底的長度不能低于非抗震設計la，或者是抗震設計laE；如果建筑轉換層梁上部配置的鋼筋屬于多排縱向，技術人員可通過調整梁上部內部的錨固鋼筋的長度，確保水平段、彎下段的長度值大于鋼筋錨固長度非抗震設計的la。設計人員應堅持強剪弱彎、強底層柱底、強柱弱梁、強底層墻的原則，來避免框支梁發生形變，影響到整個帶梁式轉換層結構，提升抗震性能。

（三）轉換層樓板

在設計框支剪力墻結構時，要按照各個建筑施工控制點中剪力墻剛度均勻分布于上部樓層的特點，以轉換層結構為分界線，再結合框支柱和落地剪力墻之間的剛度要求、水平剪力在轉換層的荷載分配時容易發生形變，還有轉換層樓板自身平面受力情況，因為受上下結構設計的受力分布影響；所以必須提升轉換層樓

（四）抗震等級

轉換層在進行高層建筑施工的過程中起到承上啟下的作用，轉換層以下作為框架式的剪力墻，以上均是剪力墻。設計與施工過程相對比較復雜，為保證抗震等級與實際建筑的帶梁式轉換層結構受力均勻，在實際設計中要考慮到高層建筑梁式轉換層的抗震等級，設計人員需要結合帶梁式轉換層結構的設計標準，對地震級配加以規范。在對于帶梁式轉換層的高層建筑結構設計中，設計高層建筑抗震等級是很重要的，設計的關鍵控制點是高位轉換層作為帶梁式轉換層結構設計的加強區；所以設計人員應按照具體情況提升抗震等級與性能，以緩解部分地震受力面積。

（五）平面布局

帶梁式轉換層的平面設計主要是選用對稱設計方式，控制兩側的誤差，來減少結構受力的偏心率，確保轉換層重心的穩定性，這種設計相對比較簡單。在進行平面布局設計的過程中，設計人員要根據帶梁式轉換層的周邊情況，在規定下使用專業設計軟件測算安全系數，為了能夠確保高層建筑扭轉的過程中，維持高度穩定的性能，需要控制平面布局的每一項參數，提升帶梁式轉換層的強度，對位移距離進行控制，提升扭轉能力，可以避免高層建筑發生水平位移，建筑結構設計發生誤差，給高層建筑的穩定性帶來不利影響，以滿足建筑結構安全施工的需求。

（六）豎向布置

為了保證建筑結構設計的穩定性，高層建筑的側向剛度設計應該保持下大上小。所以要強化下部、弱化上部進行豎向布置，把兩側的剪力墻落地，并增加部分剪力墻在建筑底部、增加地下層底部的剪力墻在400mm—600mm內的厚度，以提升建筑結構的底部剛度、承擔建筑結構的部分受力。同時使用高標號混凝土來澆筑底部剪力墻，提升底部柱和墻混凝土剛度與強度。設計人員要注意防止剛度削弱過度，影響到建筑結構設計的穩定性，給建筑工程施工埋下潛在安全隱患，底部剪力墻盡可能不開洞或者是只開小洞。設計人員需要嚴格控制轉換層上部剪力墻的厚度，適當減少建筑轉換層上部剪力墻的數量，若想要幫助上部結構承擔部分受力，適當承擔建筑物所承受的壓力，緩解框支梁承受的荷載能力，可以在轉換層部分較長的剪力墻中開設結構洞，待到建筑施工結束后，使用填充墻進行填實以增加建筑結構自振周期，從而降低地震對建筑物的作用力。

三、結語：

為確保建筑結構設計結果和具體情況一致，相關人員需要分析影響建筑設計的因素，還要使用相關的工具和專業的設計方法，來加強框支柱、框支梁、轉換層樓板、抗震等級、平面布局和豎向布置等環節的控制，排除在帶梁式轉換層結構的高層建筑結構設計過程中受到的各種干擾和影響因素。提高建筑結構設計參數的計算的準確度，確保高層建筑施工的質量符合設計要求。