（廊坊榮盛建筑設(shè)計(jì)有限公司河北廊坊065000）

【摘要】近年來，高層建筑也層出不窮，迅速發(fā)展，高層建筑在體型復(fù)雜、內(nèi)部空間多變及功能多樣等方面有了更多的要求，因此，就需要轉(zhuǎn)換高層建筑的層結(jié)構(gòu)，本文介紹了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)要求以及構(gòu)件的設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】高層轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)

一、前言

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

高層建筑結(jié)構(gòu)下部受力比上部大，按常理來說，在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中就要考慮下部的剛度要大于上部結(jié)構(gòu)，采用的措施就是下部增加墻體、增加柱網(wǎng)，而上部逐漸減少墻柱的密度。顯然，這在高層建筑設(shè)計(jì)中是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)楦邔咏ㄖ氖褂霉δ軐?duì)空間要求卻是下部大空間，往上部逐漸減小，因此對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就要考慮反常規(guī)設(shè)計(jì)方法。在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》( JGJ3 － 2002) 中，規(guī)范對(duì)轉(zhuǎn)換梁的最小高度和寬度作如下規(guī)定: 框支梁截面的寬度不宜大于框支柱相應(yīng)方向的截面寬度，不宜小于其上墻體截面厚度的2 倍，且不易小于400mm; 當(dāng)梁上托柱時(shí)，尚不應(yīng)小于梁寬方向的柱截面寬度。進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)換梁高不小于其跨度的1 /6; 非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)換梁高不小于跨度的1 /8。

1、梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

實(shí)際工程中應(yīng)用的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)有多種形式，主要原理就是利用下部的轉(zhuǎn)換大梁來支托上部結(jié)構(gòu)。

2、梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)受力機(jī)理分析

轉(zhuǎn)換大梁的受力主要受上部剪力墻剛度、剪力墻與轉(zhuǎn)換大梁的相對(duì)剛度和轉(zhuǎn)換大梁與下部支撐結(jié)構(gòu)的相對(duì)剛度影響。為弄清轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)與上部墻體共同工作的性能，文獻(xiàn)中已對(duì)轉(zhuǎn)換梁承托層數(shù)對(duì)其內(nèi)力的影響用有限元程序進(jìn)行了分析，從分析結(jié)果中我們知道，對(duì)一般結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換大梁( 跨度小于12m) ，上部墻體考慮三層與考慮4 層、5 層內(nèi)力的設(shè)計(jì)控制內(nèi)力差異不大于5%，故在分析計(jì)算時(shí)可只考慮計(jì)算3 層。從計(jì)算分析不論轉(zhuǎn)換大梁上部墻體的形式如何，只要墻體有一定長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)換大梁中的彎矩就會(huì)比不考慮上部墻體作用要小，同時(shí)轉(zhuǎn)換大梁也會(huì)有一段范圍出現(xiàn)受拉區(qū)。主要原因:

（1）由于轉(zhuǎn)換大梁處于結(jié)構(gòu)整體彎曲的受拉區(qū)，應(yīng)力積分后在轉(zhuǎn)換大梁中就會(huì)出現(xiàn)軸向拉力。

（2）由于上部墻體豎向力作用于轉(zhuǎn)換大梁時(shí)形成了拱的傳力方式，這樣豎向力轉(zhuǎn)變成斜向力作用于轉(zhuǎn)換大梁，從而在轉(zhuǎn)換大梁跨中出現(xiàn)拉力，支座出現(xiàn)軸向壓力的情況。

二、梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及要求

框支主梁需要承受其上部剪力墻和梁傳給的剪力，因此容易發(fā)生受剪破壞。在有可能發(fā)生地震的地區(qū)，建筑物必須具有抗震設(shè)防，為了進(jìn)一步提高受力性能及其抗震能力，在進(jìn)行平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使落地剪力墻與剪力墻和框支墻協(xié)作受力。

1、框支柱的設(shè)計(jì)與構(gòu)造要求

一般情況下，由軸壓比來進(jìn)行計(jì)算確定框支柱的截面尺寸。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該用最大的系數(shù)乘以框支柱的柱頂彎矩，并將其放大后進(jìn)行配筋。對(duì)剪力也要作相應(yīng)的調(diào)整，當(dāng)框支柱少于十根時(shí)，而且在一至二層，每層框支柱所受剪力至少要取基底剪力的百分之二；如果在三層或三層以上時(shí)，至少要取基底剪力的百分之三；如果框支柱多于十根時(shí)，框支層在一至二層時(shí)，每層每根柱承受的剪力和應(yīng)該是基底層剪力的百分之二十；如果是三層及三層以上時(shí)，其應(yīng)該取基底層剪力的百分之三十，在對(duì)框支柱剪力做相應(yīng)的調(diào)整之后，應(yīng)對(duì)相應(yīng)的框支柱的彎矩等進(jìn)行調(diào)整，但其框支柱軸力可以不做調(diào)整。當(dāng)抗震等級(jí)為一級(jí)時(shí)，其縱向鋼筋配筋率應(yīng)大于百分之一點(diǎn)二，二級(jí)時(shí)應(yīng)大于百分之一點(diǎn)零，三級(jí)時(shí)應(yīng)大于百分之零點(diǎn)九，四級(jí)是應(yīng)大于百分之零點(diǎn)八。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，縱向鋼筋間距應(yīng)該在八十到二百毫米之間，全部縱向鋼筋配筋率應(yīng)小于百分之四。

2、轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計(jì)及要求

通過剪壓比的計(jì)算可以確定轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸，轉(zhuǎn)換梁最好不要開洞，如果需要開洞，洞口最好定在梁中和軸附近。為了提高其抗剪能力，必須對(duì)洞口的上、下弦桿采取一定的加強(qiáng)措施。轉(zhuǎn)換梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)大于或者等于C30。在非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)換梁上、下主筋的最小配筋率應(yīng)為百分之零點(diǎn)三，而且最好不存在接頭，轉(zhuǎn)換梁上部應(yīng)該有超過百分之五十的主筋沿梁全長(zhǎng)貫通，下部主筋要伸入柱內(nèi)。

3、截面設(shè)計(jì)方法

目前國(guó)內(nèi)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，通常采用的梁截面轉(zhuǎn)換方法是應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法。該方法通過對(duì)轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行分析，得到的結(jié)果是應(yīng)力和分布規(guī)律，為了能直接運(yùn)用分析結(jié)果，假設(shè)不考慮混凝土的抗拉作用，所有拉力由鋼筋承擔(dān)，受壓的混凝土強(qiáng)度達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)值。

4、托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體不開洞時(shí)，轉(zhuǎn)換梁將和上部墻體共同工作，深梁將表現(xiàn)出受力特征，這時(shí)，應(yīng)該采用應(yīng)力截面設(shè)計(jì)法或深梁截面設(shè)計(jì)方法，通過計(jì)算，確定出其適當(dāng)?shù)姆峙湮恢?。此時(shí)轉(zhuǎn)換梁跨中的內(nèi)力較大，底部縱向鋼筋最好不要彎起或者是截?cái)?，要全部伸進(jìn)支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁所承托的上部墻體是小墻肢時(shí)，轉(zhuǎn)換梁上可按照普通截面設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行計(jì)算，縱向鋼筋可集中布置在轉(zhuǎn)換梁的底部。

5、設(shè)計(jì)方法的選擇

托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)：當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托普通框架時(shí)，可以按普通的梁截面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配筋計(jì)算；當(dāng)其為斜桿框架式，應(yīng)該按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。

三、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)

1、轉(zhuǎn)換柱

我們?cè)谶M(jìn)行梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候， 需要對(duì)轉(zhuǎn)換柱的軸壓比進(jìn)行很好的控制， 主要是為使結(jié)構(gòu)能夠具備非常好的延性。這主要是從抗震的層面上考慮的，假設(shè)該高層建筑在一級(jí)抗震的要求下進(jìn)行設(shè)計(jì)，我們需要將軸壓比控制在0.6，假設(shè)該高層建筑在二級(jí)抗震的要求下進(jìn)行設(shè)計(jì)，我們需要將軸壓比控制在0.7。

2、樓板

由于整個(gè)建筑的剪力大部分都在建筑的下部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層樓面所受到的力非常的大。因此，我們需要對(duì)樓面進(jìn)行加厚，這樣有利于剪力的重新分配，另外，值得注意的是，轉(zhuǎn)換層的樓板不能夠有太大的開洞，并且開洞時(shí)應(yīng)該在洞口的周圍設(shè)置暗梁，我們還應(yīng)該將開洞的位置盡量的遠(yuǎn)離外側(cè)邊，如果需要設(shè)計(jì)電梯的話，那么在電梯間應(yīng)該用鋼筋混凝土墻圍成一個(gè)筒體。

3、轉(zhuǎn)換梁

我們?cè)谶M(jìn)行轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)的時(shí)候，考慮到轉(zhuǎn)換梁的受力非常的復(fù)雜，轉(zhuǎn)換梁是上層和下層荷載的主要傳輸樞紐，因此，我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該設(shè)計(jì)足夠多的儲(chǔ)備，減少轉(zhuǎn)換梁的受力程度。在豎向荷載的作用下，轉(zhuǎn)換梁的梁端往往是最先受到破壞的，因此，我們應(yīng)該對(duì)其構(gòu)造進(jìn)行不斷的加強(qiáng)。

四、發(fā)展趨勢(shì)

帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)有：

1、預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換層

由于預(yù)應(yīng)力技術(shù)有能減小截面尺寸、控制裂縫和撓度及減輕支撐負(fù)擔(dān)等優(yōu)點(diǎn)，因此，此結(jié)構(gòu)適合于建造承受大荷載、大跨度的轉(zhuǎn)換層，能節(jié)省鋼材和混凝土。

2、鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換層

鋼骨混凝土梁和鋼筋混凝土梁相比，具有剛度好、承載力高，可塑性、耐久性和抗震性能高等特點(diǎn)，因此可以減少支模，定位準(zhǔn)確，提高施工的速度，但它主要在國(guó)外被使用，國(guó)內(nèi)工程中使用的并不多。

結(jié)論

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動(dòng)了建筑功能需求的擴(kuò)大，由于建筑受到自身特點(diǎn)的影響，復(fù)雜高層建筑經(jīng)常出現(xiàn)上、下部分剛度不對(duì)稱、質(zhì)量不均勻、傳力途徑不直接等問題。梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)作為高層建筑實(shí)現(xiàn)垂直轉(zhuǎn)換的常用結(jié)構(gòu)形式，能有效解決這些問題。通過對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式與受力特點(diǎn)的探討，主要分析梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則和轉(zhuǎn)換層構(gòu)造的方法，為相關(guān)設(shè)計(jì)工作者提供一定的參考價(jià)值。

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