轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在高層建筑中的應(yīng)用探討

黃展業(yè)

摘 ? ?要：近年來(lái)，我國(guó)建筑行業(yè)得到了快速的發(fā)展，高層建筑的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在高層建筑中，應(yīng)用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠全面化滿足人們對(duì)建筑功能的需求，為人們的生活提供便利，因此在高層建筑中應(yīng)用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是很有必要的。本文首先分析了轉(zhuǎn)換層的主要功能，并深入探討了高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);高層建筑;應(yīng)用

1 ?引言

在高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要全面分析建筑情況，并采取相應(yīng)的措施提高建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，尤其是抗震設(shè)計(jì)，必須嚴(yán)格按照規(guī)定控制好落地剪力墻之間的距離進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而提高高層建筑整體的抗震性能。另外，還需要對(duì)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行精確計(jì)算并進(jìn)行細(xì)致分析，保證轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2 ?轉(zhuǎn)換層的主要功能

進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，中國(guó)特色社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)迎來(lái)了全新的發(fā)展，各種高層建筑在這種社會(huì)背景下紛紛拔地而起，其功能也越來(lái)越朝著多元化、綜合化發(fā)展，為人們提供極佳的體驗(yàn)，一些高層建筑的底層為商場(chǎng)和娛樂(lè)場(chǎng)所，而上部分建筑則用作住宅，這正是高層建筑作用多元化的一個(gè)有力體現(xiàn)。從整體上來(lái)看，這種多元化的高層建筑可以分成上下兩個(gè)使用空間，上層空間作為居住之用，所以往往需要設(shè)計(jì)較多的墻體對(duì)空間進(jìn)行分隔，讓用戶的多樣化需求得到滿足，而下層空間則往往需要比較開(kāi)闊，才能滿足商業(yè)活動(dòng)的需求，二者之間需求的不同導(dǎo)致了墻體設(shè)計(jì)等方面的不同。為了適應(yīng)這種差異，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層就顯得十分重要。

3 ?高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

3.1 ?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置

眾所周知，高層設(shè)計(jì)之所以得到越來(lái)越多的認(rèn)可，主要就是因?yàn)樗軌蛞酝鹊恼嫉孛娣e，為人們提供更多的服務(wù)和功能區(qū)，因此一般來(lái)說(shuō)只有在高層建筑中才會(huì)使用轉(zhuǎn)換層。高層建筑下層空間結(jié)構(gòu)基本都是開(kāi)間，同時(shí)梁柱結(jié)構(gòu)比較少，但是反之上層建筑則擁有更多的梁柱結(jié)構(gòu)，這顯然不符合建筑工程本身的受力穩(wěn)定性特征。一些建筑設(shè)計(jì)人員為了讓高層建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，選擇在設(shè)計(jì)中應(yīng)用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)模式，但是由于各種各樣的問(wèn)題，轉(zhuǎn)換層的作用往往難以真正的發(fā)揮出來(lái)。因此在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置的過(guò)程中，需要嚴(yán)格考量以下內(nèi)容：

第一，高層建筑中即使應(yīng)用了轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)方法，受到上下層空間使用需求的影響，每個(gè)豎向的結(jié)構(gòu)支撐點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一也會(huì)十分困難，想要解決這一問(wèn)題就必須要利用有關(guān)的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，比如說(shuō)比較常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換大梁、箱型結(jié)構(gòu)等等，都能夠從根本上解決上層建筑不穩(wěn)定的問(wèn)題。

第二，高層建筑往往是筒體結(jié)構(gòu)，利用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的情況下內(nèi)筒需要完全貫穿落地，同時(shí)還需要提升墻壁結(jié)構(gòu)的支撐力，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)剛度不足的問(wèn)題。而框支剪力墻結(jié)構(gòu)也是如此，剪力墻也需要貫穿落地，尤其是涉及到減震設(shè)計(jì)這部分需求的時(shí)候，剪力墻之間相隔多遠(yuǎn)、厚度如何都需要額外思考。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的時(shí)候，務(wù)必要嚴(yán)格按照行業(yè)的有關(guān)施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，絕不能以過(guò)往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為全部標(biāo)準(zhǔn)，否則很容易出現(xiàn)樓層設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、內(nèi)力結(jié)構(gòu)不合理的問(wèn)題。

第三，框支剪力墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層比較特殊，其上層需避開(kāi)梁體部分設(shè)置門(mén)洞，只有這樣才能確保剪力的穩(wěn)定性，讓墻體的完整性得到保證。如果根據(jù)實(shí)際使用需求必須要設(shè)置門(mén)洞，一般需要把門(mén)洞設(shè)置在剪力墻的中間部分，這樣一來(lái)能把應(yīng)力均勻的傳遞到每個(gè)部分。

3.2 ?轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的存在使高層建筑豎向的受力結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，垂直上的受力不能直接傳導(dǎo)到持力層，這大大的降低了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震性能，一旦發(fā)生地震等自然災(zāi)害，高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性就無(wú)從保障。為了解決這一問(wèn)題，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的時(shí)候務(wù)必要考慮到其抗震性。具體來(lái)說(shuō)，地震對(duì)于高層建筑的損傷主要來(lái)自于水平方向的作用力，此時(shí)傾覆力矩分布曲線在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)處會(huì)有明顯的變化，另外轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)往下的建筑結(jié)構(gòu)基本都是剪力墻，落地剪力墻的傾覆力矩會(huì)向下逐層遞增，但是支撐框架的傾覆力矩遞增效果就稍有減緩;另外轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在水平地震作用下產(chǎn)生的內(nèi)力較大，不代表垂直方向地震作用可以忽略不計(jì)，當(dāng)抗震設(shè)計(jì)要求在八級(jí)以上的時(shí)候，就需要對(duì)豎直方向的地震作用進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)垂直方向地震作用的過(guò)程中，可以選擇動(dòng)力時(shí)程分析法。同時(shí)，高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)控制軸壓比的重要性不容忽視，其梁柱的橫截面、剪力和彎矩都比較小，大部分的荷載基本上會(huì)由框支柱承擔(dān)，而墻體的負(fù)載則由板平面進(jìn)行傳導(dǎo)，最終由落地剪力墻承受，因此做好框支柱軸壓比的設(shè)計(jì)十分重要。

3.3 ?落地剪力墻設(shè)計(jì)

落地剪力墻的設(shè)計(jì)上文中稍有提及，其設(shè)計(jì)難度最大的部分就是洞口設(shè)計(jì)。也就是說(shuō)，只有做好洞口設(shè)計(jì)，才能讓落地剪力墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到保證。通常來(lái)說(shuō)，需要將洞口設(shè)計(jì)在墻體中間以避免受力不均勻的問(wèn)題。同時(shí)，還應(yīng)該控制好落地剪力墻的距離，不需要抗震設(shè)計(jì)的落地剪力墻一般相距三十米左右即可，而需要抗震設(shè)計(jì)的則需要控制在二十到二十四米。

3.4 ?轉(zhuǎn)換層計(jì)算要求

轉(zhuǎn)換層本身是高層建筑主體結(jié)構(gòu)的一個(gè)部分，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們?nèi)孕鑼?duì)其各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的精算，從結(jié)構(gòu)的整體情況出發(fā)，將轉(zhuǎn)換層作為高層建筑的結(jié)構(gòu)之一，從立體化視角及空間協(xié)同的角度出發(fā)，采取各種各樣的有效措施保證內(nèi)力計(jì)算和位移計(jì)算的準(zhǔn)確度，這樣一來(lái)，高層建筑每個(gè)組成結(jié)構(gòu)對(duì)于轉(zhuǎn)換層的影響就能非常明顯的顯示出來(lái)。但是在實(shí)際的工作中我們發(fā)現(xiàn)，由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，很多設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候都不夠精細(xì)，這就導(dǎo)致了一些不可避免的構(gòu)件計(jì)算誤差，這顯然不利于高層建筑的穩(wěn)定施工。所以說(shuō)，在今后的工作中結(jié)束整體計(jì)算的情況下，還需要對(duì)轉(zhuǎn)換層局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次精算，從而降低出現(xiàn)計(jì)算誤差的可能性。

3.5 ?過(guò)度受力及軸壓比控制

在高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要明確樓層梁面和柱面的表現(xiàn)形式，柱面主要包括強(qiáng)柱和弱柱，梁面主要包括強(qiáng)梁和弱梁，轉(zhuǎn)換層豎向負(fù)載以及構(gòu)架內(nèi)力往往會(huì)受到構(gòu)件的影響。因此在高層建筑施工過(guò)程中，要從構(gòu)件入手對(duì)施工進(jìn)度和時(shí)間進(jìn)行合理控制，在施工中對(duì)于轉(zhuǎn)換層構(gòu)架與若干層構(gòu)架同時(shí)出現(xiàn)，則要通過(guò)合理措施來(lái)控制構(gòu)架內(nèi)力變化，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)換構(gòu)件過(guò)渡受力的影響，避免高層施工進(jìn)度受到影響，這對(duì)于整個(gè)高層建筑施工目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)都是非常重要的。

在軸壓比控制過(guò)程中，要明確內(nèi)交角部位轉(zhuǎn)換層支梁和支柱存在突出應(yīng)力表現(xiàn)，在水平負(fù)載和處置負(fù)載的影響下，當(dāng)柱子橫截面、剪力以及彎矩都處于相對(duì)較小的條件下時(shí)，框支柱支撐周雅麗承受力，轉(zhuǎn)換層以上墻體的水平與垂直負(fù)載以板平面內(nèi)剛度為支持，向落地剪力墻傳遞，因此對(duì)框支柱軸壓比進(jìn)行控制是非常必要的。在高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要結(jié)合實(shí)際情況出發(fā)，有效控制過(guò)度受力和軸壓比，從而達(dá)到良好的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果。

4 ?結(jié)語(yǔ)

總而言之，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能分區(qū)是客觀存在的實(shí)際需求，因此我們需要對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行深入的分析。從抗震性能、實(shí)際功能需求等入手，選擇科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案，提升轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)效果，從而保證高層建筑的穩(wěn)定性和安全性。

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