摘要：本文結(jié)合設(shè)計實例對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了淺要的分析與探討。

關(guān)鍵詞： 梁式轉(zhuǎn)換層 設(shè)計要點 設(shè)計要求

引言

近年來，高層建筑不斷增多，建筑立面，功能的轉(zhuǎn)變也日趨復(fù)雜，尤其是在高層建筑和超高層建筑當(dāng)中，其沿高度方向的建筑功能已經(jīng)不再單一，往往是下部樓層及其裙樓用作商業(yè)等用途，而上部樓層則用作商務(wù)辦公或者住宅等用途。由于這類綜合性的建筑功能需求，給整個建筑結(jié)構(gòu)體系提出了更高的要求，使我們建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也越來越具有挑戰(zhàn)性。象這樣一類建筑上部是商務(wù)辦公或者住宅樓層通常需要布置小開間的軸網(wǎng)，并且需要比較多的墻體來進行分隔；而下部的商業(yè)樓層則需要布置間距較大的柱網(wǎng)和比較少的墻體分隔，以滿足其對建筑空間的大型、靈活、自由的需求。于是，帶轉(zhuǎn)換高層建筑結(jié)構(gòu)體系就此應(yīng)運而生，并在工程實踐中得到了長足的發(fā)展。而梁式轉(zhuǎn)換，是此類建筑工程普遍采用的一種轉(zhuǎn)換方式。本文結(jié)合工程設(shè)計實例對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了分析與探討。

1工程實況

該工程共31層，地下2層，其中-1層為半地下室，地上裙房3層，1層、2層高為4.5米，3層層高均為5.5米，4～32層高均為3.0米，建筑物總高101.5m。該工程地下二層為車庫及平戰(zhàn)結(jié)合的六級民防地下室，地下一層為大賣場及車庫，一～三層為商場，四～三十一層為高級公寓。建筑抗震設(shè)防類別：為丙類；抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度0.05g；設(shè)計地震分組為第一組；場地類別為Ⅱ類。轉(zhuǎn)換層設(shè)在第三層樓面。采用中國建筑科院編制的2005版PKPM - SATWE程序進行計算。

2 轉(zhuǎn)換層型式的選擇

各種形式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)缺點詳見表1。

表一

轉(zhuǎn)換層優(yōu)點缺點

梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計和施工均較為簡單。傳力較為明確當(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

箱式轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)換梁的約束強，剛度大整體工作效果好，上下部傳力較為均勻，并且建筑功能上還可將其作為“設(shè)備層”轉(zhuǎn)換梁梁中開設(shè)備洞較多，施工復(fù)雜。且造價較高

厚板式轉(zhuǎn)換層下部柱網(wǎng)受上部結(jié)構(gòu)布局影響較小，可靈活布置。厚板剛度很大，形成性較好，而且施工也較為偏介厚板自重很大，地震作用也大，容易產(chǎn)生震害。并且材料耗用多，經(jīng)濟性也較差

桁架式轉(zhuǎn)換層框框支柱柱頂彎矩和剪力比其他幾種轉(zhuǎn)換形式相對較小施工復(fù)雜程度較高，且對于軸線錯位布置時難度較大

結(jié)合工程實際建筑布局情況，并考慮經(jīng)濟指標(biāo)及施工難易程度，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較后，決定工程采用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

3.1設(shè)計原則

高層建筑中轉(zhuǎn)換層的設(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：

⑴為防止沿豎向剛度變化過于懸殊形成薄弱層，設(shè)計中應(yīng)考慮使上、下層剛度比γ≤2，盡量接近1。這樣才能保證結(jié)構(gòu)豎向剛度的變化不至于太大，使上柱有良好的抗側(cè)力性能，減少豎向剛度變化，有利于結(jié)構(gòu)整體受力。上下層剛度比計算式如式1所示。

γ=（Gi+1Ai+1hi）/（GiAihi+1） （式1） 式中：

Gi、Gi+1——第i、i+1 層混凝土剪變模量

A i 、A i + 1 —— 第i 、i + 1 層折算抗剪截面面積（A=AW+0.12AC）；

AW——在所計算的方向上剪力墻的全部有效截面面積；

Ac——全部柱的截面面積；

hi、hi+1——第i、i+1 層的層高。

⑵盡可能減少需結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，直接落地的豎向構(gòu)件越多，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)越少，轉(zhuǎn)換層造成的剛度突變就越小，對結(jié)構(gòu)抗震更有利。

⑶設(shè)計中應(yīng)保證轉(zhuǎn)換層有足夠的剛度，一般應(yīng)使梁高度不小于跨度的1/6，才能保證內(nèi)力在轉(zhuǎn)換層及其下部。構(gòu)件中分配合理，轉(zhuǎn)換梁、剪力墻柱有良好的受力性能，能較好地起到結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換作用。

3.2 結(jié)構(gòu)豎向布置

高層建筑的側(cè)向剛度宜下大上小，且應(yīng)避免剛度突變1然而帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)顯然有悖于此，轉(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比宜接近于1，不應(yīng)大于1.3。在設(shè)計過程中，應(yīng)把握的原則歸納起來，就是要強化下部，弱化上部?？梢圆捎玫姆椒ㄓ幸韵聨追N：

（1）與建筑專業(yè)協(xié)商，使盡可能多的剪力墻落地，必要時甚至可在底部增設(shè)部分剪力墻（不伸上去） 。除核心筒部分剪力墻在底部必須設(shè)置外，還與建筑專業(yè)協(xié)商后，讓兩側(cè)各有一片剪力墻落地1這些無疑都大大增強了底部剛度。

（2）加大底部剪力墻厚度。轉(zhuǎn)換層以下剪力墻中，核心筒部分的厚度取為600mm，其余部分的厚度取為400mm。

（3）底部剪力墻盡量不開洞或開小洞，以免剛度削弱太大。

（4）提高底部柱、墻混凝土強度等級，采用C50 混凝土（框支柱采用C50混凝土） 。

（5）適當(dāng)減少轉(zhuǎn)換層上部剪力墻數(shù)目，控制剪力墻厚度，并可在某些較長剪力墻中部開結(jié)構(gòu)洞（結(jié)構(gòu)施工完畢后再用填充墻填實） ，以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利，還可減輕建筑物重量，減小框支梁承受的荷載；增大結(jié)構(gòu)自振周期，減小地震作用力。

表二

件

名

稱梁柱剪力墻

框支梁，框支柱及1-6層與框支柱相連的框架梁地下二層梁、柱裙房及地下一層框架梁、柱地下二層底部加強部位非底部加強部位

轉(zhuǎn)換層以下轉(zhuǎn)換層以上兩層

抗震等級特一級三級一級三級一級一級二級

工程綜合采用上述幾種方法后，轉(zhuǎn)換層上下剛度比在X方向為0.725，在Y方向為0.813，滿足規(guī)范要求，效果良好。雖然上下部剛度比滿足要求，但畢竟工程仍屬于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層及其下各層為結(jié)構(gòu)薄弱層，因而應(yīng)將該兩層的地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)。

3.3 結(jié)構(gòu)平面布局

工程底部為框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)，體型簡單、規(guī)則；上部為純剪力墻結(jié)構(gòu)。在剪力墻平面布置上，東西向完全對稱，南北向質(zhì)量中心與剛度中心偏差不超過2m，結(jié)構(gòu)偏心率較小。除核心筒外，其余剪力墻布置分散、均勻；且盡量沿周邊布置，以增強抗扭效果。查閱計算結(jié)果，扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.85，各層最大水平位移與層間位移比值不大于1.3，均滿足平面布置及控制扭轉(zhuǎn)的要求。可見工程平面布局規(guī)則合理，抗扭效果良好。

4轉(zhuǎn)換構(gòu)件設(shè)計要求

4.1框支柱

框支柱截面尺寸一般系由其軸壓比計算確定。地震作用下框支柱內(nèi)力需調(diào)整?？拐鹪O(shè)計時， 框支柱的柱頂彎矩應(yīng)乘以放大系數(shù)，并按放大后的彎矩設(shè)計值進行配筋；剪力調(diào)整———框支柱承受的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下列規(guī)定采用；框支柱的數(shù)目不多于10 根時，當(dāng)框支層為1～2 層時，每層每根柱承受的剪力應(yīng)至少取基底剪力的2%；當(dāng)框支層。為3 層及3 層以上時，各層每根柱所受的剪力應(yīng)至少取基底剪力的3%；框支柱的數(shù)目多于10 根時，當(dāng)框支層為1～2 層時，每層每根柱承受的剪力之和應(yīng)取基底剪力的20%；當(dāng)框支層為3 層及3 層以上時，每層框支柱承受剪力之和應(yīng)取基底剪力的30%；框支柱剪力調(diào)整后，應(yīng)相應(yīng)調(diào)整框支柱的彎矩及柱端梁的剪力、彎矩，框支柱軸力可不調(diào)整。

框支柱全部縱向鋼筋配筋率，抗震等級一級時不小于1.2%，二級時不小于1.0%，三級時不小于0.9%，四級及非抗震設(shè)計時不小于0.8%?？v向鋼筋間距抗震設(shè)計時不大于200mm，且不小于80mm，全部縱向鋼筋配筋率不宜大于4%。

4.2框支梁

框支梁截面尺寸一般由剪壓比控制，寬度不小于其上墻厚的2倍，且不小于400mm；高度不小于計算跨度的1 /6。工程框支梁梁寬統(tǒng)一定為800mm。框支梁受力巨大且受力情況復(fù)雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，也是保證框支剪力墻抗震性能的關(guān)鍵部位，是一個復(fù)雜而重要的受力構(gòu)件，因而在設(shè)計時應(yīng)留有較多的安全儲備，特一級抗震等級的框支梁縱筋配筋率不得小于0.6%?？蛑Я涸跐M足計算要求下，配筋率不小于0.8%?？蛑Я阂话銥槠氖芾瓨?gòu)件，梁中有軸力存在，因而應(yīng)配置足夠數(shù)量的腰筋。腰筋采用Ф16，沿梁高間距不大于200mm，并且應(yīng)可靠錨入支座內(nèi)。框支梁受剪很大，而且對于這樣的抗震重要部位，更應(yīng)強調(diào)“強剪弱彎”原則，在縱筋已有一定富余的情況下，箍筋更應(yīng)加強。箍筋統(tǒng)一采用Ф14@100八肢箍全長加密，配箍率達到1.53%。

結(jié)語

針對梁式轉(zhuǎn)換部分短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑，上下剛度和質(zhì)量不均勻，傳力途徑不直接，轉(zhuǎn)換部位應(yīng)力復(fù)雜的特點，著重研究了梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計方法，從轉(zhuǎn)換梁尺寸選擇、轉(zhuǎn)換梁設(shè)計與構(gòu)造要求、框支柱的設(shè)計和構(gòu)造要求等方面闡述梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計、計算與構(gòu)造要求，提供了切實可行的實踐經(jīng)驗，對實際工程的設(shè)計具有一定的參考價值。

參考文獻

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