建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構設計探討

李冬明

摘? ? 要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，城市建筑在結(jié)構設計方面也出現(xiàn)了新的設計理論和技術方法。特別是大量高層建筑出現(xiàn)后，在功能轉(zhuǎn)換上對結(jié)構設計提出了新的要求。在此背景下，在建筑結(jié)構的設計中逐步發(fā)展出了梁式轉(zhuǎn)換層的設計方案，這種新的結(jié)構形式能夠更好的提高建筑功能的轉(zhuǎn)化率。因此設計人員應積極學習新的設計理念，掌握相關的設計技巧，并與建筑工程的實際情況相結(jié)合。文章將對建筑結(jié)構中的梁式轉(zhuǎn)換層這種新型結(jié)構的設計進行分析和探討。

關鍵詞：轉(zhuǎn)換層;結(jié)構設計;策略

1? 引言

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑，其特點是建筑物沿豎向使用空間逐漸變小，與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構要求相違背。由于其豎向結(jié)構自上而下是逐漸減少的，所以在豎向結(jié)構轉(zhuǎn)變處，必須設置轉(zhuǎn)換結(jié)構，設置轉(zhuǎn)換結(jié)構的樓層就稱為轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層結(jié)構的常用形式主要有梁式轉(zhuǎn)換、桁架轉(zhuǎn)換、厚板轉(zhuǎn)換、箱型轉(zhuǎn)換以及搭接柱轉(zhuǎn)換等。

其中以梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構最為常見。

2? 高層建筑轉(zhuǎn)換層特點

高層建筑轉(zhuǎn)換層主要特點 ：使樓層的上部結(jié)構荷載通過轉(zhuǎn)換層重新分配并傳遞給下部結(jié)構和地基基礎 ;由于轉(zhuǎn)換層剛度大、應力集中且力的傳遞突變，因此遇到偶然荷載（水平地震作用）作用時，轉(zhuǎn)換層受到較大外力和產(chǎn)生水平位移 ;轉(zhuǎn)換層梁柱和梁上墻節(jié)點較多，節(jié)點處的鋼筋錨固、插筋與變徑較復雜。若施工

不當，會造成轉(zhuǎn)換層應力集中，產(chǎn)生裂縫、撓度超出規(guī)范要求范圍等現(xiàn)象。在一些地震多發(fā)區(qū)域，需對高層建筑的水平受力進行合理控制。整個建筑的樓層剛度、質(zhì)量不允許出現(xiàn)突變狀況，需確保其變化的均勻性。在遭遇地震作用時，避免建筑物出現(xiàn)薄弱層，對整個結(jié)構穩(wěn)定性造成不利影響。

3? 高層建筑轉(zhuǎn)換層的定義和功能

高層建筑的高度較高，其下部結(jié)構承載的壓力較大，上部結(jié)構受力較小，在高層建筑的下部，應當設置較強的承載力結(jié)構，這和建筑功能要求及常規(guī)結(jié)構設置產(chǎn)生矛盾，因此在高層建筑結(jié)構中必須有轉(zhuǎn)換結(jié)構，實現(xiàn)樓體結(jié)構的自然過渡和軸線布置合理。轉(zhuǎn)換層結(jié)構保證了高層建筑的上部豎向桿件不直接貫通落地，有效提升了下層結(jié)構的使用空間要求。通常而言，轉(zhuǎn)換層結(jié)構可以分為三種： （1）上下層不同結(jié)構類型轉(zhuǎn)換層，這種轉(zhuǎn)換層在樓體上部為剪力墻或框架剪力墻結(jié)構中應用較多，它為剪力墻結(jié)構創(chuàng)造了內(nèi)部自由空間。 （2）上下層柱網(wǎng)、軸線改變轉(zhuǎn)換層，它沒有改變轉(zhuǎn)換層的上下結(jié)構形式，但使下層的柱間距變大，常用于外框筒下層。 （3）改變結(jié)構形式和結(jié)構軸線位置的轉(zhuǎn)換層，這種結(jié)構把轉(zhuǎn)換 層的軸線錯開形成上下結(jié)構不齊的結(jié)構布置。在實際工程建設中常用的轉(zhuǎn)換層有梁式、箱式、板式、架式等多種結(jié)構形式。

4? 建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構設計的原則

4.1? 降低豎直構件的使用數(shù)量

在建筑的梁式轉(zhuǎn)換層設計過程中，對豎直構件的使用數(shù)量有一定的要求，在施工中要避免使用過多的豎直構件，其是剛度突變的主要影響因素，所以在建筑中要避免對于豎直構件的過多使用，避免影響轉(zhuǎn)換層的存在效果。

4.2? 對轉(zhuǎn)換柱和剪力墻進行對稱設置

在開展設計工作時，要把轉(zhuǎn)換柱和剪力墻對稱放置，并且立柱的相互轉(zhuǎn)換會促使整體結(jié)構受到一定影響。通常對稱結(jié)構具備穩(wěn)固性和不容易變形的特征，這樣就應該將轉(zhuǎn)換柱和剪力墻對稱放置，這是最佳的選擇，不僅可以對建筑的穩(wěn)定性進行大大增強，還能確保防震的效果。

4.3? 提高轉(zhuǎn)換層結(jié)構的剛度

為了提高轉(zhuǎn)換層結(jié)構的剛度，就需要放棄轉(zhuǎn)換層結(jié)構層整體的剛度，這樣才可以保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構在建筑工程中的應用質(zhì)量。結(jié)構墻對轉(zhuǎn)換層結(jié)構剛度的提高有一定的作用，但是一定要注意受壓平衡，不可以出現(xiàn)不均勻受力，這樣容易對轉(zhuǎn)換層造成損害。此外一般轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構的承受壓力較大，需要提高轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構的剛度，同時也要做好整體的抗壓準備，不能因為一時的利益而損害了整體的安全。整體的抗壓結(jié)構設計一定要符合國家規(guī)定的數(shù)值。

5? 梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構的設計與構造

梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構是轉(zhuǎn)換結(jié)構中最常見的一種轉(zhuǎn)換形式，主要原理是利用下部的轉(zhuǎn)換大梁來支托上部結(jié)構，它的傳力途徑為墻-梁-柱 （ 墻 ），具有受力明確、傳力直接、便于分析計算等特點。

5.1? 轉(zhuǎn)換梁的設計與構造要求

框支主梁可直接承托上部剪力墻或者承托轉(zhuǎn)換次梁及次梁上的剪刀墻，框支主梁除承受其上部剪力墻的作用外，還需要承受 梁傳給的剪力，扭矩和彎矩，框支主梁易受剪破壞。轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸一般宜由剪壓比計算確定，以避免脆性破壞和具有合適的含箍率。轉(zhuǎn)換梁不宜開洞，若需要開洞，洞口宜位于梁中和軸附近。洞口上、下弦桿必須采取加強措施，箍筋要加密，以增強其抗剪能力。

5.2? 轉(zhuǎn)換梁的截面設計方法

目前國內(nèi)結(jié)構設計工作普遍采用的轉(zhuǎn)換梁截面設計方法主要有：應力截面設計方法。對轉(zhuǎn)換梁進行有限元分析得到的結(jié)果是應力及其分布規(guī)律，為能直接應用轉(zhuǎn)換梁有限元法分析后的應力大小及其分布規(guī)律進行截面的配筋計算，假定不考慮混凝土的抗拉作用，所有拉力由鋼筋承擔鋼筋達到其屈服強度設計值。受壓區(qū)混凝土的強度達到軸心抗壓強度設計值。托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設計：當轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時轉(zhuǎn)換梁截面設計方法宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，且計算出的縱向鋼筋應沿全梁高適當分布配置。

5.3? 框支柱的設計與構造要求

框支柱截面尺寸一般系由其軸壓比計算確定。地震作用下框支柱內(nèi)力需調(diào)整。抗震設計時，框支柱的柱頂彎矩應乘以放大系數(shù)，并按放大后的彎矩設計值進行配筋;剪力調(diào)整—框支柱承受的地震剪力標準值應按下列規(guī)定采用：框支柱的數(shù)目不多于10根時，當框支層為 1～2 層時，每層每根柱承受的剪力應至少取基底剪力的 2%;當框支層為 3 層及 3 層以上時，各層每根柱所受的剪力應至少取基底剪力的 3%;框支柱的數(shù)目多于10根時，當框支層為 1 ～ 2 層時，每層每根柱承受的剪力之和應取基底剪力的 20%;當框支層為 3 層及 3 層以上時，每層框支柱承受剪力之和應取基底剪力的 30%;框支柱剪力調(diào)整后，應相應調(diào)整框支柱 的彎矩及柱端梁的剪力、彎矩，框支柱軸力可不調(diào)整。框支柱全部縱向鋼筋配筋率，抗震等級一級時不小于 1.2%，二級時不小于1.0%，三級時不小于 0.9%，四級及非抗震設計時不小于 0.8%。

6? 總結(jié)

綜上所述，自改革開放以來，人們的經(jīng)濟水平、生活水平得到了非常大的提高，同時也提高了對建筑質(zhì)量、舒適度的要求。對轉(zhuǎn)換層結(jié)構進行科學、合理的設計，有利于建筑物整體性能、質(zhì)量的提高，因此，轉(zhuǎn)換層結(jié)構設計已經(jīng)成為了高層建筑設計過程中的重點問題。隨著現(xiàn)代化建設進程的不斷發(fā)展，高層建筑也逐漸朝著更復雜、結(jié)構更多樣、功能更齊全的方向進行發(fā)展，為使高層建筑在現(xiàn)代化進程中取得更好的發(fā)展，必須加強對轉(zhuǎn)換層結(jié)構設計的研究。

參考文獻：

[1] 解雪松.論述帶結(jié)構轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構設計[J].建材與裝飾，2017（45）：87～88.

[2] 董漢鋼，溫永堅，唐道偉.解析帶結(jié)構轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構設計 [J].低碳世界，2017（28）：174～175.

[3] 王軍星，李紅瑞.對高層建筑結(jié)構轉(zhuǎn)換層結(jié)構設計要點問題的再 探討[J].中國新技術新產(chǎn)品，2014（22）：110.