對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究

1、<p>　　對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究</p><p>　　摘要：隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，人們對高層建筑的功能要求趨向于多樣化、綜合化和全面化。從建筑功能上看，高層建筑上部需要較多的墻體來分隔空間以滿足住宅戶型的需要；而下部則希望有較大的自由靈活空間，大柱網(wǎng)、少墻體，以滿足公共使用的要求。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p&g

2、t;<p>　　在高層建筑設(shè)計中，為滿足建筑使用功能需要，底部數(shù)層常設(shè)置為大空間，而上部標(biāo)準(zhǔn)層多為小開間，致使上層的部分豎向承重結(jié)構(gòu)不能直接落地，需要進行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換構(gòu)件包括：梁、桁架、空腹桁架、箱型結(jié)構(gòu)、斜撐、厚板等。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層常見的有梁式轉(zhuǎn)換和板式轉(zhuǎn)換兩種類型。梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，受力比較直接明確，是目前得到廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式。板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，受力、傳力途徑比較復(fù)雜，不夠明確；一般只有在上下部結(jié)構(gòu)明顯不協(xié)調(diào)，無法采用梁式

3、轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時才采用。 </p><p><b>　　一、轉(zhuǎn)換層概述 </b></p><p>　　按結(jié)構(gòu)功能，轉(zhuǎn)換層可分為三類： </p><p>　　1、上層和下層結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換。多用于剪力墻結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，它將上部剪力墻轉(zhuǎn)換為下部的框架，以創(chuàng)造一個較大的內(nèi)部自由空間。 </p><p>　　2、上、下層的柱網(wǎng)、軸

4、線改變。轉(zhuǎn)換層上、下的結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有改變，但是通過轉(zhuǎn)換層使下層柱的柱距擴大，形成大柱網(wǎng)，并常用于外框筒的下層，形成較大的入口。 </p><p>　　3、同時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)軸線布置。即上部樓層剪力墻結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)換層改變?yōu)榭蚣艿耐瑫r，柱網(wǎng)軸線與上部樓層的軸線錯開，形成上下結(jié)構(gòu)不對齊的布置。 </p><p>　　二、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計 </p><p>　　

5、（一）轉(zhuǎn)換梁的截面設(shè)計方法 </p><p>　　轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法的選擇與其受力性能和轉(zhuǎn)換層的形式相關(guān)。①托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部普通框架時，在轉(zhuǎn)換梁常用截面尺寸范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設(shè)計方法進行配筋計算。當(dāng)轉(zhuǎn)換粱承托上部斜桿框架時，轉(zhuǎn)換梁將承受軸向拉力，此時應(yīng)按偏心受拉構(gòu)件進行截面設(shè)計。②托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計。當(dāng)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

6、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(shè)計方法宜采用深梁截面設(shè)計方法或應(yīng)力截面設(shè)計方法，且計算出的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當(dāng)分布配置。 </p><p>　?。ǘ┺D(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計 </p><p>　　轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)不僅豎向剛度易在轉(zhuǎn)換層附近發(fā)生突變，還應(yīng)關(guān)注的是豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，使結(jié)構(gòu)的傳力（包括豎向及水平力）途徑在轉(zhuǎn)換層及其附近發(fā)生突變，在強震作用下，易產(chǎn)生薄弱部位。

7、因此在抗震設(shè)計中，除了控制轉(zhuǎn)換層上下剛度比外，還應(yīng)采用措施，加強轉(zhuǎn)換層及附近層結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括轉(zhuǎn)換柱、轉(zhuǎn)換梁、落地墻、轉(zhuǎn)換層上下各兩層樓板等構(gòu)件，以保證水平剪力的有效傳遞和結(jié)構(gòu)底層在強震下有足夠的延性。 </p><p>　?。ㄈ┺D(zhuǎn)換層分析計算 </p><p>　　整體計算完畢后對轉(zhuǎn)換層本身應(yīng)采用平面有限元計算軟件做局部應(yīng)力的補充計算。進行局部分析時，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上下樓層是否進入局部計算

8、模型，以及樓層樓蓋平面內(nèi)剛度影響，注意實際結(jié)構(gòu)的三維空間盒子效應(yīng)，采用符合實際情況的正確計算模型。框支剪力墻的計算較為復(fù)雜，上部剪力墻需與下面多根柱相連接，如果連接不當(dāng)會產(chǎn)生很大的計算誤差?？臻g分析程序是以梁柱為基本單元，而分析底部框支剪力墻時，剪力墻作為柱單元考慮。計算時宜在上部剪力墻肢與下部轉(zhuǎn)換柱之間均設(shè)轉(zhuǎn)換梁，墻肢與轉(zhuǎn)換梁相連接。 </p><p>　?。ㄋ模┺D(zhuǎn)換大梁的設(shè)計 </p><

9、p>　　梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計構(gòu)造要求：①轉(zhuǎn)換層樓板要將上層結(jié)構(gòu)的水平剪力傳遞到下層抗剪結(jié)構(gòu)上去，本身承受很大的平面內(nèi)剪力，同時又承受部分豎向荷載。因此要求樓板要有足夠的強度和剛度。②轉(zhuǎn)換層大梁是承托上部剪力墻或柱傳下來豎向荷載的重要構(gòu)件.本身受力很大，它是整個結(jié)構(gòu)抗震安全的關(guān)鍵部位。因此，轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計在整個轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計中至關(guān)重要。 </p><p>　?。ㄎ澹┛蛑Я旱脑O(shè)計 </p><

10、p><b>　　轉(zhuǎn)換梁 </b></p><p>　　截面尺寸一般由剪壓比控制，寬度要大于其上墻厚的2倍，且大于400mm；轉(zhuǎn)換梁的高度不小于計算跨度的1/8。工程轉(zhuǎn)換梁寬統(tǒng)一定為800mm。轉(zhuǎn)換梁受力巨大且受力情況復(fù)雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，也是保證框支剪力墻抗震性能的關(guān)鍵部位，是一個復(fù)雜而重要的受力構(gòu)件，因而在設(shè)計時應(yīng)留有較多的安全儲備，二級抗震等級的轉(zhuǎn)換梁縱筋配筋率大于0

11、.4%。轉(zhuǎn)換梁在滿足計算要求下，配筋率大于0.8%。轉(zhuǎn)換梁一般為偏心受拉構(gòu)件，梁中有軸力存在，因而應(yīng)配置足夠數(shù)量的腰筋。2 離柱邊1.5倍梁截面高度范圍內(nèi)的梁箍筋應(yīng)加密，加密區(qū)箍筋直徑不應(yīng)小于10mm，間距不應(yīng)大于100mm。加密區(qū)箍筋的最小面積配筋率，非抗震設(shè)計時不應(yīng)小于0.9ft/fyv；抗震設(shè)計時，特一、一、二級分別不應(yīng)小于1.3 ft/fyv、1.2 ft/fyv和1.1 ft/fyv。 </p><p>

12、;　　（六）轉(zhuǎn)換層的抗震設(shè)計 </p><p>　　帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)中，由于設(shè)置了轉(zhuǎn)換層，沿建筑物高度方向剛度的均勻性受到很大的破壞，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)豎向承載力構(gòu)件不連續(xù)和墻、柱截面的突變，導(dǎo)致傳力路線曲折等，因此轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震性能較差。為保證設(shè)計的安全性，規(guī)定“部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)置在3層及3層以上時，其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級宜按《高規(guī)》的規(guī)定提高一級采用，己經(jīng)為特一級時不再提高”，提

13、高相關(guān)構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施，而對于底部帶轉(zhuǎn)換層的框架，核心筒結(jié)構(gòu)和外圍為密柱框架的筒中筒結(jié)構(gòu)的抗震等級不必提高。對轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用的計算內(nèi)力需調(diào)整增大。在8度抗震設(shè)計時，還應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。 </p><p>　?。ㄆ撸┩袎π问睫D(zhuǎn)換梁截面設(shè)計 </p><p>　　當(dāng)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(shè)

14、計方法宜采用深梁截面設(shè)計方法或應(yīng)力截面設(shè)計方法，且計算出的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當(dāng)分布配置。由于此時轉(zhuǎn)換梁跨中較大范圍內(nèi)的內(nèi)力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應(yīng)全部伸入支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體為小墻肢時，轉(zhuǎn)換梁基本上可按普通梁的截面設(shè)計方法進行配筋計算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉(zhuǎn)換梁的底部。 </p><p><b>　?。ò耍前?</b></p><p>

15、;　　由于結(jié)構(gòu)上部的水平剪力要通過轉(zhuǎn)換層傳到下部結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層樓面在其平面內(nèi)受力很大，樓板變形顯著，因此要適當(dāng)加厚轉(zhuǎn)換層樓面，建議采用厚度不小于180mm的現(xiàn)澆板，這樣有利于轉(zhuǎn)換層在其平面內(nèi)進行剪力重分配，并加強轉(zhuǎn)換大梁的側(cè)向剛度和抗扭能力，也可使實際情況更符合結(jié)構(gòu)整體計算中樓層剛度無限大的基本假定。而且混凝土強度不小于C30，并采用雙向雙排鋼筋網(wǎng)，每排鋼筋的配筋率不小于0.25%，轉(zhuǎn)換層樓板不宜有大的開洞，當(dāng)開洞時應(yīng)在洞口四周設(shè)置次梁或

16、者暗梁，樓板開洞位置盡可能遠(yuǎn)離外側(cè)邊，與轉(zhuǎn)換層相近的樓板也應(yīng)加強。若必須在大空間部分設(shè)置樓、電梯間時，應(yīng)用鋼筋混凝土墻圍成筒體。 </p><p><b>　　三、結(jié)語 </b></p><p>　　綜上所述，根據(jù)建筑平面及功能要求合理選擇轉(zhuǎn)換層形式，正確選擇建筑抗震類別是轉(zhuǎn)換層設(shè)計的關(guān)鍵點，結(jié)合結(jié)構(gòu)布置，正確選擇各分部的抗震等級，構(gòu)件設(shè)計應(yīng)注重抗震延性設(shè)計的概念，對

17、主要構(gòu)件進行加強是設(shè)計的重點，在帶有梁式轉(zhuǎn)換層的高層建筑設(shè)計中，轉(zhuǎn)換層設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個難點，更是不同形式結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵點，設(shè)計時應(yīng)不斷研究和進行方案比較，在可能的情況下做出較優(yōu)的技術(shù)方案才能實現(xiàn)安全、適用、經(jīng)濟等綜合目標(biāo)。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 黃志珍.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計探討[J].廣東建材.