高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p>　　高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　摘要：在我國較常見的建筑物形式為上部為小開間的民用住宅，較多的墻體來分隔空間以滿足戶型的需要；下部為大開間的商場或公共娛樂場所，大柱網(wǎng)、少墻體，以滿足公共使用要求。為了實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)形式的建筑物，必須在上下不同的結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層，完成結(jié)構(gòu)變化形式的過渡。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層；設(shè)計特點；

2、結(jié)構(gòu)布置；構(gòu)件設(shè)計；抗震設(shè)計 </p><p>　　中圖分類號：TU97文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號： </p><p><b>　　引言： </b></p><p>　　隨著城市建設(shè)步伐的加快，高層建筑的功能需求也發(fā)生了很大的變化，不再是單一、枯燥和片面的。常見的建筑物結(jié)構(gòu)形式為民用住宅與公共場所通過墻體、柱網(wǎng)進(jìn)行分開，各自滿足自身的使用要求。在這

3、其中運用到了轉(zhuǎn)換層，只有通過轉(zhuǎn)換層才能實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)變化形式的過渡，完成各自的需求功能。本文通過介紹轉(zhuǎn)換層的概念、設(shè)計原則及結(jié)構(gòu)形式、受力特點，分析轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計，望能起到拋磚引玉的效果。 </p><p>　　1.高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的特點 </p><p>　　轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要承受其上部結(jié)構(gòu)所傳下來的巨大豎向荷載或懸掛下部結(jié)構(gòu)的多層荷載，使得轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力很大，豎向荷載成了控制轉(zhuǎn)換

4、結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計的主要因素。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件通常具有數(shù)倍于上部結(jié)構(gòu)的跨度，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)構(gòu)件的豎向撓度成為嚴(yán)格控制的目標(biāo)。因此為保證轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)有足夠的強度和剛度，致使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸不可避免地高而大。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會受到很大的破壞，力的傳遞途徑有大的改變，為豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，這決定了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)不能以通常結(jié)構(gòu)來進(jìn)行分析和設(shè)計。 </p><p>　　2.轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置 </p>

5、<p>　　底部帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層上部的部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地，因此，必須設(shè)置安全可靠的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。按現(xiàn)有的工程經(jīng)驗和研究結(jié)果，轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用轉(zhuǎn)換大梁、析架、空腹析架、斜撐、箱形結(jié)構(gòu)以及厚板等形式。 </p><p>　　由于轉(zhuǎn)換厚板在地震區(qū)使用經(jīng)驗較少，可在非地震區(qū)和 6 度抗震設(shè)計時采用，對于大空間地下室，因周圍有約束作用，地震反應(yīng)小于地面以上的框支結(jié)構(gòu)，故 7 度，8 度抗震設(shè)計

6、時的地下室可采用厚板轉(zhuǎn)換層。落地剪力墻和框支柱的布置對于防止轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)在地震中倒塌將起十分重要的作用。 </p><p>　　高規(guī)規(guī)定了幾條重要原則: 帶轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒應(yīng)全部上、下貫通落地并按剛度要求增加墻厚; 框支剪力墻結(jié)構(gòu)要有足夠的剪力墻上、下貫通落地并按剛度比要求增加墻厚; 長矩形平面的框支剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計時，其落地剪力墻的間距按原規(guī)程適當(dāng)加嚴(yán)，比原規(guī)程增加了限制落地柱周圍的樓板不應(yīng)錯層的規(guī)

7、定。 </p><p>　　這幾點的原則是防止轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)破壞的基本要求，特別是對于抗震設(shè)計的結(jié)構(gòu)，要求更加嚴(yán)格。 </p><p>　　遵守這些原則就可控制剛度突變，減少內(nèi)力傳遞的突變程度，縮短轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)內(nèi)力傳遞途徑，保證轉(zhuǎn)換層樓蓋有足夠的剛度以傳遞不同抗側(cè)力結(jié)構(gòu)之間的剪力，防止框支柱因樓蓋錯層發(fā)生破壞。 </p><p>　　框支剪力墻轉(zhuǎn)換梁上一層墻體內(nèi)

8、不宜設(shè)邊門洞、中柱上方不宜設(shè)門洞。試驗研究和計算分析說明，這些門洞使框支梁的剪力大幅度增加，邊門洞小墻肢應(yīng)力集中，很容易破壞。此外，落地剪力墻和筒體的洞口宜在墻體的中部，以便使落地剪力墻各墻肢受力( 剪力、彎矩、軸力) 比較均勻。 </p><p>　　3.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計 </p><p><b>　　3.1框支柱 </b></p><p>

9、;　　框支柱截面尺寸一般由軸壓比決定，還應(yīng)滿足剪壓比。軸壓比主要影響框支柱的延性，只有嚴(yán)格控制其軸壓比，才能保證框支柱的延性能夠應(yīng)用于高層建筑中。工程框支柱的抗震等級為一級，因此其軸壓比應(yīng)小于0.6；若是截面尺寸較大，那么其軸壓比就應(yīng)小于0.55。其延性還受到配箍率的影響，因此與一般框架柱相比，支柱的配箍率要大得多。在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，框支柱是很重要的構(gòu)件，保證其安全性對整個結(jié)構(gòu)都具有非常重大的意義。因此柱端剪力及柱端彎矩都應(yīng)與相應(yīng)的增大系

10、數(shù)相乘，計算每層框支柱的承受剪力和時，直接選取基底剪力的30%。在計算時，一般采用程序進(jìn)行，假設(shè)的條件是樓板剛度無限大，根據(jù)豎向構(gòu)件的剛度，對水平剪力進(jìn)行分配。因框支柱遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于底部剪力墻剛度，因此框支柱剪力較小。在實際建筑中，由于受到各種因素的影響，工程中的樓板會出現(xiàn)變形現(xiàn)象，剪力墻也會產(chǎn)生裂縫，這些方面都會降低剛度，從而增加框支柱剪力。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，會將增大框支柱剪力的部分獨立出來，單獨做出要求。 </p><

11、p><b>　　3.2 框支梁 </b></p><p>　　作為上下層荷載的傳輸樞紐，框支梁能夠保證框支剪力墻抗震性能?？蛑Я航孛娉叽缰饕芗魤罕戎洌瑢挾葢?yīng)大于其2倍的上墻厚，并保持在400 mm以上；高度應(yīng)根據(jù)計算出的跨度決定，為跨度的1/6；在施工中，規(guī)定框支梁的梁寬為800 mm。由于其的受力較巨大、復(fù)雜，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)保證留有一定的安全儲備。框支梁縱筋的抗震等級為二級，

12、要求其配筋率應(yīng)大于0.4%。在符合計算要求的前提下，框支梁的配筋率規(guī)定大于0.8%。因框支梁的受力不均勻，梁中存在較大的軸力，因此應(yīng)配備一定的腰筋量，保證施工順利實施。腰筋采用Φ18規(guī)格，沿梁高間距小于200 mm，并應(yīng)可靠錨入支座內(nèi)。作為抗震的重要構(gòu)件，框支梁的受剪很大，應(yīng)遵循“強剪弱彎”的方針，在縱筋數(shù)量較多的背景下，加強箍筋。 </p><p>　　3.3 轉(zhuǎn)換層樓板 </p><p&g

13、t;　　以轉(zhuǎn)換層為界，框支剪力墻被分為上下兩部分，且這兩者的受力情況是有差異的。上部樓層中，外荷載產(chǎn)生的水平力具有一定的分配原則，是根據(jù)各片剪力墻的等效剛度比例來進(jìn)行的；下部樓層中，框支柱的剛度不同于落地剪力墻間的剛度，水平剪力主要由后者承擔(dān)，即在轉(zhuǎn)換層處荷載分配不均勻。轉(zhuǎn)換層樓板的任務(wù)較重，主要負(fù)責(zé)完成上下部分剪力重分配，且因轉(zhuǎn)換層樓板自身存在的受力大、變形大特點，必須要有足夠的剛度來支撐其任務(wù)的完成。 </p><

14、;p>　　4.轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)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、變形集中和應(yīng)力集中，因此轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震性能較差。抗震設(shè)計時，高位轉(zhuǎn)換對結(jié)構(gòu)受力十分不利。計算分析說明，在水平地震作用下，傾覆力矩分布曲線在轉(zhuǎn)換層處呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)換層下部是以剪力墻為主的框架—

15、剪力墻結(jié)構(gòu)，落地剪力墻所分配的傾覆力矩由轉(zhuǎn)換層往下遞增較快，而支撐框架的傾覆力矩遞增很少。 </p><p>　　此外，轉(zhuǎn)換層處，框支剪力墻的大量剪力通過樓板傳遞給落地剪力墻，這也是傾覆力矩曲線呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折的原因。當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較高時，剪力分配和傳力途徑亦發(fā)生急劇的突變，落地剪力墻更容易產(chǎn)生裂縫，框支剪力墻在轉(zhuǎn)換層上部的墻體所受內(nèi)力很大，易于破壞，轉(zhuǎn)換層下部的支承框架更易于屈服，從而容易形成幾個薄弱層。 </p&

16、gt;<p>　　因此，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)規(guī)定提高一級采用，已經(jīng)為特一級時不再提高，提高其抗震構(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。底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑在我國已大量建造，但至今未經(jīng)受到大地震的考驗。其轉(zhuǎn)換層上部樓層的部分豎向構(gòu)件不能連續(xù)貫通至下部樓層，因此，轉(zhuǎn)換層

17、是薄弱樓層，其地震剪力需乘以1.15 的增大系數(shù)。設(shè)計中不要誤認(rèn)為只要樓層側(cè)向剛度滿足要求，該樓層就不是薄弱層。 </p><p>　　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;8 度抗震設(shè)計時，還應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。轉(zhuǎn)換構(gòu)件的豎向地震作用，可采用反應(yīng)譜方法或動力時程分析方法計算: 作為近似考慮，也可將轉(zhuǎn)換構(gòu)件在重力荷載標(biāo)準(zhǔn)作用下的內(nèi)力乘以增大系數(shù) 1.1。 </p><p&g

18、t;<b>　　5.結(jié)語 </b></p><p>　　轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且工程量又較大，因此設(shè)計人員首先應(yīng)注重概念設(shè)計，這樣一來可以少走彎路；其次通過上述計算和分析可以得知，此類建筑在平面布置上應(yīng)盡可能的規(guī)則、對稱，減少偏心，優(yōu)化調(diào)整轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)的布置和剛度，使之接近是十分必要的；同時應(yīng)注意框支梁、框支柱等構(gòu)件的特殊性；最后也應(yīng)考慮施工難度大的因素，因此在設(shè)計時，盡量考慮施工的可行性，以

19、達(dá)到最為合理的設(shè)計。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 趙西安． 高層建筑結(jié)構(gòu)實用設(shè)計方法［M］． 第 3 版． 上海： 同濟(jì)大學(xué)出版社，2007． </p><p>　　[2] 毛華毅． 淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的若干問題［J］． 山西建筑，2010，36（ 9） ： 72-73． </p>