高層建筑混凝土轉換層結構設計探討

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摘要：轉換層主要是為了滿足高層建筑結構中建筑功能的要求而設計的，轉換層起的是過渡的作用，不僅如此，轉換層對建筑的安全性與穩(wěn)定性也會產生影響。所以，如果不做好不同結構間的轉換，無法合理運用轉換層的話，將造成不可估量的后果。為了確保結構的安全性與經濟性，提高建筑物的使用功能，就必須做好不同結構體系之間的轉換。本文將通過一個實例來展現(xiàn)高層建筑峻寧圖轉換層結構的基本特點，重點探討轉換層結構設計要點，并且對相關要點提出改進建議，為以后的轉換層結構研究打下基礎。

關鍵詞：高層建筑；轉換層；結構設計；特點；應用

1引言

隨著生活水平的提高，城市化建設步伐的加快，人們對于高層建筑的功能需求也悄然發(fā)生著改變，為了迎合市民的需求，建筑物功能區(qū)也發(fā)生了改變，不再是單一的、片面的、枯燥的。最為常見的建筑物結構形式是民用住宅，功能區(qū)的劃分是由住宅與公共場所通過墻體、柱網來進行的，然后滿足每個功能區(qū)的使用要求。在這一過程中就運用了轉換層，因為只有轉換層的存在才能完成這些結構變化，從而完成功能區(qū)的劃分。其實在高層建筑混凝土結構設計中，為了保證建筑物的使用性能，需要把建筑物分為兩種空間：①大空間；②小空間，這樣的空間設置就導致了上半部分的樓層豎向構件無法接觸到地面，這個時候就要有轉換層的存在了。

2工程概況

某高層商業(yè)住宅樓，地下有兩層，地面以上有28層，其中一、二、三層為大型商場，4~28層為住宅。地下室兩層總高度為4.5m，商場有部分樓層高度為4.5m，住宅樓層與商場一樣，不是所有樓層都是一個高度，部分住宅樓層高度為2.9m。整棟樓的結構體系除了電梯間、樓梯間可以一樣之外，其他的都必須是不同的結構體系，其中電梯間和樓梯間采用的是剪力墻核心簡結構。由此可以看出，由于結構體系的不同，那么轉換層也就派上了用場，轉換層的使用使得兩種結構體系完美過渡，所以將轉換層設置在三層定頂，恰好是商場和住宅樓層間的過渡。

3轉換層結構特點

從高層建筑混凝土轉換層結構發(fā)展過程來看，轉換層結構的特點主要有以下三點的特征：①對于建筑物的荷載來說，為了保證建筑物的承受力，支承柱與大梁的連接處會有集中的應力，如果不及時解決，會大大降低抗震的效果，所以就必須采取措施改善結構構造的抗震性能。②來自于上部豎向受力構件的荷載幾乎都由轉換層的大梁承受，大大增加了大梁的內力，同樣的，必須及時解決，在結構設計中合理的布置結構荷載，達到降低大梁內力的目的。③一般情況下，轉換層空間的設置都是高且大的，目的是確保轉換層的剛度，但是這樣大梁的截面尺寸也會隨之增大，也就產生了轉換層的使用空間不夠大的情況。

4轉換層結構設計要點

4.1轉換層結構設計原則

在建筑物中設置轉換層的時候，有可能會發(fā)生結構抗震能力下降的情況，因為在設置的時候，轉換層豎向剛度可能會突然發(fā)生改變。所以，為了避免這種情況的發(fā)生，在設計轉換層結構的時候最好遵循以下幾個原則：設置轉換層的時候盡可能選用可以直接落地的豎向構件；當高層建筑豎向位置比較低的時候，要時刻謹記宜低不宜高的原則來設置轉換層結構；在優(yōu)化轉換層圖2剛度比計算公式結構的時候，要盡量保證有明確的優(yōu)化路徑，最好是被選擇的轉換層結構型式，這樣才能確保結構分析的準確性與施工工程量的一致性；在轉換的時候，要以建筑物經濟和安全為大前提，轉化剛度不可以太大，要秉持宜小不宜大的原則。（1）在轉換層結構設計的時候，很有可能出現(xiàn)因為豎向剛度突然發(fā)生變化而形成薄弱層的情況，因此要在設計的時候充分考慮到上、下兩層的剛度，將上、下層的剛度比盡量控制在1~2的范圍內，這樣不僅能有效避免薄弱曾的形成，還保證了上層柱子的抗側性能，也使整體結構的受力比較均勻。上、下層剛度比的計算公式為：其中Gi+1表示的是第i+1層混凝土剪變模量，Gi表示的是第i層混凝土剪變模量；Ai+1表示第i+1層折算抗剪截面面積，Ai則表示第i層折算抗剪截面面積；hi+1表示的是第i+1層的層高，hi同上，第i層的層高；而A=Aw+0.12Ac。（2）在轉換層結構設計的過程中，需要特別注意的是轉換層的剛度一定要滿足規(guī)定的數(shù)值要求，從一般規(guī)定來看，轉換層的梁的高度是大于梁跨度的1/6，目的是使結構內力能準確的作用于轉換層下部。另外，由于轉換層結構構件中梁、柱的受力性能比較好，所以需要合理分配結構構件，為建筑結構轉換提供便利。

4.2結構選型

針對本工程如果從轉換層的材料去考慮的話，分為三種：①厚板轉換層；②箱形轉換層；③梁式轉換層。而厚板轉換層無論是從施工難度還是在成本上都處于劣勢，因為如果混凝土和板材的用量較多的話，無疑增加了施工難度，同時過多使用材料也增加了成本投入。從結構受力上來看，厚板轉換層結構受力比較復雜，計算難度大，計算過程也隨之復雜，在無形中增加了工作量。相對的，如果采用箱形轉換層的話，也是有優(yōu)點有缺點。從結構上來說，結構具有比較好的整體性，對豎向構件的傳力也做到了保證，但是在結構設計上就會出現(xiàn)問題，因為箱形轉換層這種結構本身的內力分析就比較復雜，再者，目前這方面的技術也不是太成熟，所以在設計和施工上都有較大難度。梁式轉換層相較于前兩種轉換層不僅設計和施工難度較小，豎向構件傳力路徑也很清晰，最重要的是既合理又經濟。

4.3結構概念設計

在對整體結構概念進行設計的時候，需要注意以下三點：①加強底部框支層的剛度。依據(jù)前文提到的設計原則，應該在對抗震性能進行設計的時候把轉換層上下結構側向剛度比控制在2以內。而且在設計的時候還要考慮到核心筒的位置，一般情況下核心筒位置北面的剛度都比較大，所以為了使剛心和質心重合，需要在核心筒底部靠南的位置設立短肢剪力墻，達到提高底部剛度，控制剛度比值的目的。②加強轉換層樓板的剛度，增強水平荷載傳遞的可靠性。為了增加結構的整體性，樓板設計厚度為180mm，并且采用雙層雙向配筋的方式，將配筋率控制在0.25%。③為了大幅度降低轉換梁的梁高和彎矩，可以在框支柱上設置短肢剪力墻。

4.4構造措施

構造措施的出現(xiàn)是為了滿足抗震設防的需求，措施分為三種：①針對框支梁的上部墻體開門洞附近剪力較大的情況，解決辦法是加密配箍，如果洞口靠近梁端的話，就要采取梁端加腋的方法來提高結構的抗剪承載力。②針對二次轉換梁而采取的措施，由于轉換結構的豎向集中荷載導致結構受力變得愈加復雜，所以采取與第二種一樣的方式，在梁端加腋，目的卻是提高抗剪的安全性。③在結構構造設計的時候采取的，在梁內配置交叉斜筋，保證框支剪力墻洞口上部梁不出現(xiàn)強剪弱彎的情況，同時還確保了梁內塑性絞的出現(xiàn)。

5結束語

對于轉換層結構設計提出以下幾點建議，僅供參考。①在設計梁式轉換層結構的時候，要深刻理解結構設計的理念并準確運用這些理念來解決設計結構上的一些難題，隨后還要采用鹽酸的方式對設計結果進行檢驗，確保結構設計的質量。另外，還要注意提高建筑物的防震性能，明確結構平面和豎向構件的布置，從而確保建筑物的安全性。②在對建筑物結構進行分析的時候，首先必須得掌握概念設計的思路，然后選擇較為適用的平面有限元程序來對梁式轉換層結構進行分析。③在設計轉換層的時候，應盡量避免二次轉換，因為一旦轉換過多，截面分布較為復雜的次梁梁端很容易出現(xiàn)裂縫，從而導致建筑安全性能降低。

作者:劉文君 單位:重慶市設計院

參考文獻

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