1、高層建筑梁式轉換層結構設計摘要：本文針對高層建筑梁式轉換層結構設計的相關問題進行了分析。關鍵詞：高層建筑結構；轉換層；結構設計隨著我國經濟的持續快速發展，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。較為常見的形式是上部為小開間的民用住宅，下部為大開間的商場或公共娛樂場所。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、少墻體，以滿足公共使用要求。然而，按照這樣的建筑形式進行結構布置時，上部墻體多而密，下部柱網少而稀，即剛度上大下小。這與常規的結構豎向布置的原則正好是相反的。為了滿足建筑要求就必須在上下不同結構體系轉換
2、的樓層設置轉換層。于是，帶轉換層的建筑結構孕育而生，并在近年來得到較為廣泛的應用。 一、轉換層概述 由于高層建筑下部結構受力較大，上部結構受力較小，這與常規的結構豎向布置的原則正好是相反的。為了滿足建筑多功能的要求，就必須在結構中設置轉換結構構件，以實現自上而下結構形式，軸線布置的自然過渡。轉換結構構件所在的樓層就是轉換層。 按轉換層所實現的結構轉換可分為三類：上、下層柱網、軸線改變：轉換層上、下結構形式沒有改變，但是通過轉換層使下層的柱距擴大，形成大柱網。常用于外框筒的下層，形成較大的入口；上、下層結構類型的轉換：這種轉換層廣泛應用于上部為剪力墻結構和框架剪力墻結構，它將上部剪力墻轉化為下部
3、的框架，以創造一個較大的內部自由空間。轉換結構形式和結構軸線位置：即上部樓層剪力墻結構通過轉換層軸線錯開，形成上、下結構不對齊的布置。 實際工程應用中轉換層的結構形式有多種多樣，轉換層的結構形式主要有梁式、柑架式、空腹析架式、箱式和板式。從上部墻體形式上，可分為滿跨和不滿跨、開洞和不開洞、開門洞和開窗洞；從跨數上，可分為單跨、雙跨及多跨；從轉換梁功能上，可分為托墻和托柱：從轉換梁形式上，可分為加腋和不加腋：從轉換梁結構采用材料上，可分為鋼筋混凝土和鋼骨混凝土、鋼結構等。 二、轉換層的主要結構形式和特點 各種形式轉換層由于結構形式差別較大，其傳力性能和抗震性能等存在明顯差異。梁式轉換結構傳力直接
4、、明確，傳力途徑清楚，結構計算相對容易。受力性能好、工作可靠、構造簡單、施工方便，但是當轉換梁跨度較大時，要求轉換梁截面也較大，其質量和抗側剛度也相應較大，因而地震反應較大。板式轉換結構一方面使得上部結構布置方便，另一方面使得傳力不清楚，受力復雜，結構計算相對困難，并且厚板集中了很大的剛度和質量，地震反應強烈。析架式轉換結構具有傳力明確，傳力途徑清楚的特點，轉換析架不僅使開洞與設置管道方便，而且他們的位置和大小具有很大的靈活性，使充分利用轉換層的空間成為可能。析架式轉換結構抗側力剛度和自重比轉換梁小，使得帶析架式轉換層高層建筑的質量和剛度突變相對緩和，地震反應比帶轉換梁的高層小很多。箱形轉換結
5、構是由單向托梁、雙向托梁連同上下層較厚的樓板共同作用形成，其側向剛度很大，較少用于房屋結構工程。 三、梁式轉換層結構的設計遵循原則 帶轉換層高層建筑結構是一種：受力復雜、不利于抗震的結構體系，在結構總體設計時，特別是在抗震設防地區，應遵循的如下原則： 3.1 傳力直接，避免多次轉換布置轉換層上下主體豎向結構時，要盡量使水平轉換結構傳力直接，通過結構的合理布置，使不落地的剪力墻通過轉換托梁直接傳給豎向承重構件，盡可能的避免轉換次粱及水平多級轉換，實現傳力路徑的最短化。3.2 強化下部、弱化上部要保證底部：趕空間有適宜的剛度、強度、延性和抗震能力，要有意識的強化轉換層下部主體結構剛度，弱化轉換層上
6、部主體結構的剛度，使得轉換層上下部主體結構的剛度及變形特征盡量接近，以避免出現薄弱層。3.3 計算全面準確必須將轉換結構作為整體結構中一個重要組成部分，采用符合實際受力變形狀態的正確計算模型進行三維空間整體結構計算分析。采用有限元方法對轉換結構進行局部補充計算時，轉換結構以上至少取2層結構進入局部計算模型，同時應計及轉換層及所有樓層樓蓋平面內剛度，計及實際結構三維空間盒子效應，采用比較符合實際邊界條件的正確計算模型。 四、梁式轉換層結構的關鍵設計4.1轉換粱的截面設計方法轉換梁截面設計方法的選擇與其受力性能和轉換層的形式相關。托柱形式轉換梁截面設計。當轉換梁承托上部普通框架時，在轉換梁常用截面
7、尺寸范圍內，轉換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設計方法進行配筋計算。當轉換粱承托上部斜桿框架時，轉換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構件進行截面設計。托墻形式轉換梁截面設計。當轉換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態表現為深梁，此時轉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。4.2轉換粱的設計與構造要求轉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。
8、上、下弦桿箍筋計算時宜將剪力設計值乘放大系數1.2。當洞口內力較大時，可采用型鋼構件來加強。轉換梁的混凝土強度等級不應低于C30。轉換梁上、下主筋的最小配筋率非抗震設計時為0.3，抗震設計時，一、二、三和四級抗震等級分別為0.5、0.4、0.35和0.35。轉換梁中主筋(縱向鋼筋)不宜有接頭；有接頭時，宜采用機械連接，且同一截面內鋼筋接頭面積不應超過全部主筋截面面積50，接頭位置尚應避開上部剪力墻開洞部位、梁上托柱部位及受力較大部位。轉換梁上部主筋至少應有50沿梁全長貫通，下部主筋應全部貫通伸人柱內。4.3上部框架設計和構造要求上部框架上轉換梁共同工作，可視作一個層層受樓板約束、受相連梁空間約
9、束的巨型平面空腹析架。設計時可以加大轉換梁上面幾層框架粱的剛度，以達到共同承受上部荷載和起到二道設防的作用，同時由一層梁承托變成層層梁承托上部框架柱的工作機制。轉換結構上部框架須按強柱弱梁的原則進行設計，確保塑性鉸在梁端出現，使柱比梁有更大的安全儲備。轉換層結構的試驗研究表明，與轉換梁相連的柱子往往是薄弱環節；轉換梁上層框架梁柱受力復雜，應力集中，設計時應根據實際受力情況進行較準確施工模擬計算分析。上部框架柱縱向鋼筋最小配筋率為：抗震等級一級時不宜小于10，抗震等級二級時不宜小于0.8，抗震等級三級時不宜小于0.7，抗震等級四級、非抗震設計時不宜小于0.6，且鋼筋間距不宜大于200mm，不宜小于80mm。五、結語在現代高層建筑的轉換層結構中，因其應用功能的多樣化而使建筑物結構傳力體系復雜化，在結構設計時應按規范要求并根據現場條件救呼分忻計算和優化設計，盡可能將影響建筑物使用功能的諸多因素考慮進去，以達到科學經濟的設計目的。參考文獻1唐軍德高層建筑結構轉換層施工技術的應用J山西建筑，2009，32張俊波混凝土梁式轉換層結構施工技術探討J.施工技術，2005，63黃鑫淺談高層建筑銅筋混凝土梁式轉換層施工技術J湖南大學學報，2006姓名:紀鋒琴，單位：煙臺市遠州建筑設計有限公司，郵編：265400，單位所在地區：山東煙臺招遠
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