建筑工程職稱論文梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　摘要：高層建筑轉(zhuǎn)換層的設(shè)置時為了滿足結(jié)構(gòu)底部大空間的使用要求，應(yīng)對上部樓層部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地的狀況，同時將上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力轉(zhuǎn)移到下部梁式轉(zhuǎn)換層具有傳力直接、明確,傳力途徑清楚、受力性能好、工作可靠、構(gòu)造簡單、施工方便的優(yōu)點。本文對轉(zhuǎn)換層進(jìn)行的概述，對轉(zhuǎn)換層的設(shè)計原則進(jìn)行分析，并對梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計方法存在的問題及正確的設(shè)計方法進(jìn)行了研究。

　　關(guān)鍵詞：高層建筑,轉(zhuǎn)換層,梁式轉(zhuǎn)換層,結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　一、 轉(zhuǎn)換層概述

　　建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結(jié)構(gòu)(設(shè)備)類型，并通過該樓層進(jìn)行結(jié)構(gòu)(設(shè)備)轉(zhuǎn)換，則該樓層稱為結(jié)構(gòu)(設(shè)備)轉(zhuǎn)換層。目前的高層建筑多為低層商用，上部住宿的多功能要求，在低層商用要求的大空間與上部住宿要求的多墻多柱的小空間之間，往往需要采用一定的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，即加設(shè)轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層常用的結(jié)構(gòu)形式包括梁式、空腹桁架式、斜桿桁架式、箱形和板式。轉(zhuǎn)換層在建筑上具有提供大的室內(nèi)空。間;為建筑物提供大的入口;在高層建筑中部提供大空間等功能

　　二、轉(zhuǎn)換層設(shè)計原則

　　高層建筑中轉(zhuǎn)挨層的設(shè)置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時在轉(zhuǎn)換層上下容易形成薄弱環(huán)節(jié)，對結(jié)構(gòu)抗震不利，故轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：

　　1、減少轉(zhuǎn)換

　　布置轉(zhuǎn)換層時，當(dāng)上下主體是豎向結(jié)構(gòu)時，尤其對于有框架核心筒結(jié)構(gòu)中核心筒的情況時，應(yīng)該注意使盡可能多的上部豎向結(jié)構(gòu)，并且能向下落地連續(xù)貫通。

　　2、傳力直接

　　傳力直接能夠?qū)φw結(jié)構(gòu)有很好的轉(zhuǎn)換作用，布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該盡量避免多級復(fù)雜轉(zhuǎn)換，這樣使水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)傳力直接，而且慎重采用傳力復(fù)雜、抗震不利的厚板轉(zhuǎn)換，如上下柱網(wǎng)確實無法對齊時，盡量采用箱形轉(zhuǎn)換。

　　3、優(yōu)化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

　　當(dāng)建筑功能里面考慮到抗震設(shè)計，宜優(yōu)先選擇如斜腹桿桁架(包括斜撐)、空腹桁架和扁梁等，不致引起地震作用下框支柱(邊柱)柱頂彎矩過大、柱剪力過大的結(jié)構(gòu)形式。同時要注意需滿足重力荷載作用下強度、剛度要求。

　　4、保證強度

　　設(shè)計中應(yīng)當(dāng)確保轉(zhuǎn)換層有足夠的剛度，一般應(yīng)使梁的高度不小于跨度的六分之一，才能保證內(nèi)力在轉(zhuǎn)換層及其下部構(gòu)建中分配合理，轉(zhuǎn)換梁、剪力墻柱有良好的受力性質(zhì)，能較好的祈禱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換作用。

　　5、對稱布置

　　梁上轉(zhuǎn)換層以上的墻和柱子應(yīng)盡量對稱布置，梁上立柱應(yīng)盡量設(shè)在轉(zhuǎn)換梁跨中，以免轉(zhuǎn)換梁變形時，在梁上立柱的柱腳處產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)角，帶動立柱柱腳產(chǎn)生較大變形，引起柱的彎曲及剪切，使立柱很大的內(nèi)力而超筋。

　　三、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計方法存在的問題

　　目前在多、高層建筑中，開發(fā)商多要求建筑物具有完備的建筑功能，建筑師在建筑設(shè)計中也往往首先想到采用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層來完成上、下層建筑物功能的轉(zhuǎn)換。但一些結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在實際進(jìn)行轉(zhuǎn)換層設(shè)計時顯得無從下手，沒有可操作、可遵循的設(shè)計思路、設(shè)計原則來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。造成這種現(xiàn)象的主要原因是當(dāng)前轉(zhuǎn)換層設(shè)計沒有相關(guān)的可遵循的設(shè)計準(zhǔn)則，使設(shè)計人員難以進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、截面確定、計算模型確定、計算方法確定，計算結(jié)果應(yīng)用以及配筋方法的實施等一系列結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟。這種現(xiàn)狀與我國當(dāng)前高層建筑的迅猛發(fā)展是不相適應(yīng)的。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)層具有與一般結(jié)構(gòu)層相比結(jié)構(gòu)重量大、結(jié)構(gòu)層剛度大、幾何尺寸超大、受力復(fù)雜等特點。這樣的尺寸和重量意味著轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)組成了建筑物的主要構(gòu)件。它們設(shè)計的是否合理、安全、經(jīng)濟對整個結(jié)構(gòu)的安全性、結(jié)構(gòu)造價、施工費用等有著重要影響。現(xiàn)有的轉(zhuǎn)換層設(shè)計方法，主要是針對形式簡單、受力相對簡單的轉(zhuǎn)換梁，對于受力復(fù)雜的轉(zhuǎn)換梁還沒有深入研究。即便是對于形式簡單的轉(zhuǎn)換梁，其受力性能也沒有完全清楚，而往往是互相混淆，設(shè)計概念不明確，設(shè)計原則不準(zhǔn)確。對于轉(zhuǎn)換梁的配筋方法也限于用普通梁的配筋方法加以套用，造成轉(zhuǎn)換梁截面超大、配筋偏多、配筋構(gòu)造無法實現(xiàn)、施工困難等現(xiàn)象。

　　三、梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

　　高層建筑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)一般可分為4種基本結(jié)構(gòu)形式，即：梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(包括托梁和雙向梁格)、桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(包括空腹桁架)、箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

　　一般運用于底部大空間的框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系.它是將上部剪力墻落在框支梁上,再由框支柱支撐框支梁的結(jié)構(gòu)體系. 當(dāng)需要縱橫向同時轉(zhuǎn)換時,則采用雙向梁布置.梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計和施工均較為簡單,傳力較為明確,是目前應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換型式。它的缺點在于,當(dāng)上下軸線錯位布置時,需增設(shè)較多的轉(zhuǎn)換次梁,空間受力較為復(fù)雜,此時應(yīng)對框支主梁進(jìn)行應(yīng)力分析。

　　(一)梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算要點

　　(1)帶轉(zhuǎn)換層的高層結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的空間受力體系，必須將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)中的一個重要組成部分，應(yīng)確定較能反映結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的實際受力狀況的力學(xué)模型，選取合適的三維空間分析軟件進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)計算分析。

　　(2)抗震計算中，宜考慮平扭耦聯(lián)計算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)不應(yīng)少于15，且應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。

　　(3)應(yīng)采用彈性時稱分析法進(jìn)行補充計算;必要時宜采用彈塑形靜力或動力分析方法驗算薄弱層彈塑形變形。

　　(4)8度抗震設(shè)計時轉(zhuǎn)換構(gòu)件還應(yīng)考慮豎向地震的作用，可采用反映譜方法或動力時程分析方法計算;近似考慮，也可取構(gòu)件重力荷載代表值的10%;

　　(5)轉(zhuǎn)換層是薄弱樓層，不論其豎向側(cè)向剛度是否滿足規(guī)范要求，其地震剪力應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)。特一級、一級、二級轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用內(nèi)力應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.8，1.5，1.25。

　　(6)框支轉(zhuǎn)換中，由于轉(zhuǎn)換層以下的落地剪力墻剛度遠(yuǎn)大于框支柱，為提高剪力墻裂縫開展后框支柱的承載力安全度，應(yīng)對框支柱的剪力作相應(yīng)調(diào)整。.框支柱承受的最小地震剪力計算以框支柱的數(shù)目10根為分界，此規(guī)定對于結(jié)構(gòu)的縱橫兩個方向是分別計算的。若框支柱與鋼筋混凝土剪力墻相連成為剪力墻平面內(nèi)方向統(tǒng)計時端柱計入框支柱的數(shù)目，沿剪力墻平面外方向統(tǒng)計時其端柱計人框支柱的數(shù)目。

　　(7)帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)屬于豎向不規(guī)則建筑，應(yīng)特別重視轉(zhuǎn)換層以及底部加強部位的加強，體現(xiàn)“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強底層柱底”、“強底層墻底”等的一系列內(nèi)力設(shè)計值調(diào)整系數(shù)均應(yīng)按規(guī)范予以考慮，目的即是要重點加強以滿足前述的設(shè)計概念的第二條要求。

　　(二)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(jìn)行配筋計算;當(dāng)轉(zhuǎn)換梁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(jìn)行截面設(shè)計。

　　(三)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)全部伸人支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨且開較多門窗洞或不滿跨但剪力墻的長度較大時，轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法也宜采用深梁截面設(shè)計方法或應(yīng)力截面設(shè)計方法，縱向鋼筋的布置則沿梁下部適當(dāng)分布配置，且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(jìn)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。轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)形式有很多種，目前高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的實際工程應(yīng)用也很多。一般而言，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的分析必須按施工模擬，使用各階段及施工實際支撐情況分別進(jìn)行計算，以反映結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的真實情況。施工過程中的力學(xué)問題應(yīng)引起設(shè)計人員和施工人員的高度重視。

　　結(jié)束語

　　梁式轉(zhuǎn)換層能夠使高層建筑在轉(zhuǎn)換層上下的墻、柱軸線擺脫了構(gòu)造上的限制，同時改善整體結(jié)構(gòu)的受力情況，使整體布局更為合理，因而適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高層建筑。實際工程中轉(zhuǎn)換層的幾何形狀和受力情況是很復(fù)雜的，因此，結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題就顯得十分重要，作為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，要根據(jù)工程的實際情況，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計，保證工程的質(zhì)量與安全。

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