高層建筑轉換層結構設計原則及要點探究

1、<p>　　高層建筑轉換層結構設計原則及要點探究</p><p>　　摘要：在高層建筑中，轉換層的使用是很普遍的，并且得到了越來越多的關注與推廣。在實際設計過程中，要根據(jù)高層建筑自身的特點和計算得到的建筑構件受力情況，來選擇最科學合理的結構轉換層設計方案，從而保證高層建筑的結構穩(wěn)定性和安全性，滿足人們的不同使用要求。本文根據(jù)筆者高層建筑轉換層結構功能、形式、設計原則及要點進行了探討。 </p>

2、;<p>　　關鍵詞：高層建筑 轉換層結構 設計原則 要點 </p><p>　　中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A </p><p><b>　　正文： </b></p><p><b>　　1.轉換層的功能 </b></p><p>　　從高層建筑功能來看，上部需要很多的墻體以分

3、隔空間，進而不斷滿足住戶需求；下部則需要寬廣的使用空間，少墻體、大柱網，從而更好的滿足建筑物使用要求。根據(jù)這種建筑形式，在建筑布置中，就會出現(xiàn)和常規(guī)豎向布置相反的“下小上大”的現(xiàn)象，即：下部柱網稀少，上部墻體稠密的現(xiàn)象。針對這種情況，為了保障建筑要求，必須在上下結構體系，進行轉換層設置，轉換層作為當代高層建筑結構設計的重要方式，轉換層設計是整個工程設計的難點。隨著高層建筑平面逐漸多樣化，在設計中，必須結合實際情況，選擇合適的方法進行設計

4、，進而達到經濟、安全的綜合成果。 </p><p>　　2.高層建筑轉換層的結構形式 </p><p>　　按照結構形式來分類高層建筑轉換層可以分為桁架體系、粱--柱體系、厚板轉換體系和墻梁體系等，梁--柱體系是最為常見的。如果內部需要形成較大的空間，包括軸線轉變和結構類型轉變時，可以采用桁架式、梁式和板式的轉換層;如果框筒結構需要在底層形成較大的入口，這是可以使用多種轉換形式，梁式、墻式

5、、拱式和合柱式。目前我國普遍使用梁式轉換層，由于設計和施工比較簡單、受力比較明確，底部大空間的剪力墻結構會經常采用。 </p><p>　　3.高層建筑轉換層的設計原則 </p><p>　　在確定好結構形式后，設計過程中還要遵循以下幾個原則: </p><p>　　3.1要盡量減少轉換次數(shù)，布置主體的豎向構件時，要上下連續(xù)貫通盡可能多的剪力墻和柱，轉換構件少，轉換

6、層引起的剛度突變就會小，就會越有利于結構的抗震。 </p><p>　　3.2做到傳力直接，在設計時要避免多級轉換，使水平轉換結構能夠傳力直接，要避免避免使用次框、支柱梁的結構方案。 </p><p>　　3.3要優(yōu)化轉換層上下結構的側向剛度比值。按照相關的規(guī)范要求，在設計過程可以采取加大框支柱斷面、加厚剪力墻厚度、提高混凝土強度等級來強化轉換層下部結構的剛度，還可以弱化上部結構的剛度。這

7、些措施可以減少優(yōu)化轉換層上下結構承載力和側向剛度的變化，滿足抗震的要求。 </p><p>　　3.4要保證計算的準確性，可以采用兩種力學模型不同的三維空間分析軟件來計算整體的內力，兩種軟件計算完成后還要進行結果的對比分析。 </p><p>　　4.轉換層結構布置以及設計要點 </p><p>　　4.1轉換層結構布置 </p><p>　

8、　在轉換層結構布置中，由于底部轉換層結構、上部豎向構件不能直接連通落地，從而就需要可靠安全的轉換層構件。根據(jù)目前的研究結果以及工程經驗，在高層建筑轉換層設計中，可以使用的轉換構件有：析架、斜撐、空腹性析架、轉換式大梁、厚板以及箱形結構等形式。由于地震區(qū)轉換厚板使用檢驗不足，經常被6度以及非地震區(qū)使用；對于空間較大的范圍或者地下室，受約束作用影響，地面上部的框支結構大于地震反應，所以7度或者8度的地震設計時也可以采用厚板進行轉換層設計。

9、</p><p>　　由于框支柱和落地式剪力墻對防止轉換層下部結構在地震中倒塌具有重要作用，故在筒體結構設計中，筒體上下必須根據(jù)剛度要求適當增加墻厚。同時，框支剪力墻必須擁有足夠的剪力墻，進行上下貫通，在長矩形框支剪力墻非結構中，落地剪力墻必須根據(jù)施工要求，按照原有規(guī)程進行設計，或者采用落地柱周邊不能有錯層的規(guī)定。這不僅是對轉換層下部結構的保障，也是對抗震結構的嚴格要求，在盡量減小內力突變的同時，控制好剛度突變，

10、縮短轉換層架構傳遞。 </p><p>　　4.2高層建筑轉換層構件設計要求 </p><p><b>　?。?）框支柱 </b></p><p>　　為了保障高層建筑轉換層框支柱擁有良好的延性，必須對軸壓進行嚴格的控制。當框支柱抗震級別為特一級時，軸壓比必須小于0.6；對于截面尺寸較大形成的短柱，必須低于0.55。由于配箍率和截面尺寸具有緊密

11、的聯(lián)系，從而導致框支柱配箍率比普通框架柱大很多。在工程建設中，由于個別框支柱必須作為剪力墻進行使用，所以約束性邊緣構件特征值必須在0.2以上，也就是2.64%的配箍率。在整個工程建設中，框支柱作為重要的構件，為了保障安全系數(shù)，柱端彎矩和剪力必須乘以對應的增大系數(shù)，讓每層框支柱剪力之和始終為基底的30%。在程序計算中，由于樓板假定剛度較大，所以水平剪力一般根據(jù)構件剛度進行分配。 </p><p><b>

12、　　（2）框支梁 </b></p><p>　　在高層建筑轉換層結構設計中，框支梁尺寸只受剪壓比控制，寬度通常在400毫米之上，高度大于跨度計算的1/6。由于框支梁受力情況復雜，不僅是保障抗震系數(shù)的關鍵因素，同時也是上下層荷載重要的傳輸通道，它是整個高層建筑工程復雜重要的受力結構；所以在設計中必須預留充足的安全儲備，對于抗震等級為特一級的框支梁，配筋率必須在0.6以上。在滿足計算要求的前提下，一般用偏

13、心受拉的方式，配置足夠的腰筋，并且配筋率始終在0.8%以上。 </p><p>　　4.3高層建筑轉換層結構抗震設計 </p><p>　　在高層建筑抗震設計中，由于高位轉換具體情況，從而對整個結構受力極為不利。根據(jù)相關計算結果表明：在水平性地震作用中，由于傾覆性力矩以轉折形式在轉換層呈現(xiàn)，下部以剪力墻結構呈現(xiàn)，落地剪力墻在傾覆力矩下遞較快的同時，讓傾覆力矩以轉折的形式呈現(xiàn)。當整個高層建筑

14、位置較高時，傳力途徑和剪力分配就會產生極大的變化，由于落地式剪力墻極容易出現(xiàn)裂縫，在上部墻體內力較大的過程中，下部支撐極容易屈服，進而出現(xiàn)薄弱層。為了保障整個工程設計的合理性、安全性，框支轉換層設置必須在3層之上，剪力墻、框支柱抗震等級必須增強一級，除了特一級、外圍密柱框架、核心筒結構不需提高。 </p><p>　　目前，我國底部轉換層在高層建筑轉換層結構設計中已經廣泛應用，但是仍然沒有大地震考驗；由于轉換層上

15、部結構不能貫通下部樓層，所以轉換層通常為薄弱樓層，當框架剪力乘以1.15時，就可以增大系數(shù)。但是在這過程中，需要注意的是：樓層設計剛度滿足設計要求時，該樓層仍然是薄弱層。對于轉換層構件設計中，必須調整水平地震內力；對于8度的抗震設計，必須考慮地震作用影響，使用“動力時程”或者“反應譜”方法對其進行計算，或者將轉換構件在重力荷載的標準下，讓內力和增大系數(shù)的1.1相乘。另外，由于內力增大系數(shù)較高，對于處在第三層或者三層以上的轉換層極為不利，

16、同時內力幅度增大。針對這類特殊現(xiàn)象，高層建筑轉換層作為受力極為復雜的，但是對抗震不利的結構，當防烈抗震度達到0.4g時，必須停止使用。在實際抗震設計中，根據(jù)高層建筑結構類型、防烈度、房屋高度以及構件類型，使用對應的抗震等級對其進行精細的計算，或者采用構造措施進行設計、處理。 </p><p>　　4.4高層建筑轉換層結構上下層剛度比 </p><p>　　高層建筑結構轉換層剛度比設計作為整

17、個建筑結構設計的重要內容，為了避免安全隱患，必須認真對待。在轉換層上下結構等效側向剛度比計算中，必須綜合各個構件彎曲、剪切以及軸向變形對整個結構側移的影響。當高層建筑轉換層設置在三層或者三層以上時，側向剛度不能低于樓層側向剛度的60%。為了避免轉換層下部剛度過大、側向剛度過小造成的不良影響，對于三層或者三層以上的轉換層，必須將60%規(guī)定為工程下限值。 </p><p>　　在外圍柱距框筒結構以及內部框架結構中，必

18、須保持上下剪切剛度始終不變。對于普通情況，由于下部截面較小，層高比上層高，所以很難滿足施工要求。針對這種情況，必須使用鋼管混凝土柱或者鋼骨混凝土柱，有效調整延性、剛度以及截面面積，進而達到建筑工程要求。在這過程中，需要特別注意的是：轉換層上下結構連接，當上部為混凝土時，必須鋼骨混凝土柱及時錨入下部轉換層。 </p><p><b>　　3、結束語 </b></p><p&

19、gt;　　隨著現(xiàn)代高層建筑綜合化、多功能化發(fā)展，在同一豎直直線上，不同的樓層開始有不同的用途。高層建筑轉換層結構設計作為當代建筑設計的重要內容，必須根據(jù)高層建筑轉換層結構布置、要求，再結合抗震設計以及配合比原則，從根本上保障轉換層結構設計的合理性、科學性。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]施曉.高層建筑轉換層結構設計[J]