陳雁

（貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 貴州 貴陽(yáng) 550000）

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)

陳雁

（貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 貴州 貴陽(yáng) 550000）

高層建筑中，轉(zhuǎn)換層采用梁式轉(zhuǎn)換應(yīng)用較為廣泛。梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇合理的結(jié)構(gòu)體系及其結(jié)構(gòu)布置方案，對(duì)于高層建筑的扭轉(zhuǎn)、剛度及其局部墻體穩(wěn)定性應(yīng)在加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)平面布置，以縮小結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程中模型調(diào)整周期。合理布置梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上部剪力墻，避免短肢墻體出現(xiàn)，增加底部落地剪力墻墻體厚度，確保一定數(shù)量剪力墻落地以保證豎向剛度的連續(xù)。本文結(jié)合具體工程實(shí)例，重點(diǎn)就高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層；設(shè)計(jì)分析

引言

目前，高層建筑的功能趨于多樣化、綜合化和全面化，上部為小開(kāi)間的民用住宅，下部集購(gòu)物、餐飲、娛樂(lè)及停車為一體的城市綜合體發(fā)展較快。因建筑的使用功能不同，空間劃分不同，需要設(shè)置轉(zhuǎn)換層來(lái)實(shí)現(xiàn)上下柱網(wǎng)不同、開(kāi)間不同、結(jié)構(gòu)不同的轉(zhuǎn)換。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)針對(duì)建筑的平面及功能需要合理選擇轉(zhuǎn)換型式，正確確定建筑抗震類別，正確選擇各部分的抗震等級(jí)，注重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性設(shè)計(jì)，對(duì)主要構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)，使之完美的與建筑的功能需要相結(jié)合。

1　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)原則

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的轉(zhuǎn)換層主要起到承上啟下的作用，帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)屬于豎向不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，與規(guī)范要求的高層建筑的側(cè)向剛度宜下大上下，避免剛度突變相悖。因而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要強(qiáng)化下部，弱化上部，合理的解決豎向結(jié)構(gòu)的突變性轉(zhuǎn)化和平面的連續(xù)性變化，避免建筑資源的浪費(fèi)，其在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：

①在轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量減少結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，應(yīng)盡可能的多采用直接接地的構(gòu)件，其能有效避免建筑剛度的減小，對(duì)建筑物抗震性能的提升有著重要的作用。②轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)位置不宜偏高，應(yīng)盡可能的靠近底層位置，主要是由于建筑框支剪力墻結(jié)構(gòu)的傳力途徑以及剛度發(fā)生變化時(shí)會(huì)直接造成轉(zhuǎn)換層成為薄弱層，很大程度上降低了建筑物的抗震性能。③在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意傳力路徑的明確性，避免二次以上的轉(zhuǎn)換，并且確保轉(zhuǎn)換層的剛度。由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)本身起到的是結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換作用，所以應(yīng)保持其自身的受力平衡性。④要對(duì)落地剪力墻以及框支剪力墻的比例進(jìn)行綜合考慮，調(diào)整落地剪力墻，以解決上部墻體超筋和軸壓比超規(guī)范的問(wèn)題。⑤轉(zhuǎn)換梁不僅會(huì)產(chǎn)生彎矩和剪力，還會(huì)產(chǎn)生較大的軸力，這個(gè)軸力不容忽視，應(yīng)在特殊構(gòu)件定義中將轉(zhuǎn)換層定義為彈性膜，在建筑層高允許的情況下適當(dāng)加高轉(zhuǎn)換梁的高度。

2　工程概況

該工程位于貴陽(yáng)市，為一高層建筑。其地下一層為車庫(kù)，層高5.4m；地上一、二層為商業(yè)，地上一層層高4.2m，二層層高為5.4m；3層以上為住宅，層高2.9m，地上31層，總高93.7m，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，位于Ⅵ度抗震設(shè)防區(qū)，地震加速度為0.05g，Ⅱ類場(chǎng)地土，地震分組為一組，粗糙度為C類，基本風(fēng)壓為0.3kN/m2。為滿足建筑底部商業(yè)功能需求，結(jié)構(gòu)方案選擇底部框架-剪力墻，上部剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，即框支—剪力墻結(jié)構(gòu)?？蛑Э蚣芸拐鸬燃?jí)為二級(jí)，框支柱抗震等級(jí)為二級(jí)，底部加強(qiáng)部位剪力墻抗震等級(jí)為二級(jí)。非底部加強(qiáng)部位剪力墻抗震等級(jí)為三級(jí)。結(jié)構(gòu)布置詳圖1。

圖1

3　結(jié)構(gòu)計(jì)算

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較重要的一個(gè)部分，對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全性和實(shí)用性有著重要的影響。因此，在對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了保證梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和準(zhǔn)確性，一定要對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算。根據(jù)建筑物的實(shí)際受力變形狀態(tài)構(gòu)建計(jì)算模型的時(shí)候，應(yīng)該通過(guò)三維空間的整體結(jié)構(gòu)對(duì)模型進(jìn)行整體分析，應(yīng)用有限元的方法來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)實(shí)施局部的補(bǔ)充和計(jì)算，務(wù)必確保設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

本項(xiàng)目采用傳統(tǒng)的空間有限元軟件SATWE進(jìn)行分析計(jì)算。根據(jù)項(xiàng)目方案階段上部剪力墻的布置方案，首先布置框支柱，并根據(jù)建筑高度和框支柱柱跨預(yù)估轉(zhuǎn)換梁截面，建立整體結(jié)構(gòu)模型經(jīng)由SATWE整體分析計(jì)算，根據(jù)規(guī)范驗(yàn)算梁端梁截面的抗剪能力（即V≤0.18fcbh0）。通過(guò)試算本項(xiàng)目框支框架相關(guān)梁跨、梁柱截面為：轉(zhuǎn)換層所在層層高5.4m，最大梁跨7.8m，基于梁寬大于墻寬、梁高大于1/8梁跨的要求，轉(zhuǎn)換梁截面選擇為800mm× 1900mm，另根據(jù)軸壓比0.7的限值，框支柱最大選用截面為1200mm×1200mm。在高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程中尚需要考慮扭轉(zhuǎn)偶聯(lián)效應(yīng)及模擬施工加載，通過(guò)對(duì)比計(jì)算分析，采用施工模擬加載3的配筋，對(duì)于部分不合理配筋結(jié)果進(jìn)行人工校核。此外對(duì)于結(jié)構(gòu)層間位移角、位移比、周期比以及底部剪力墻分擔(dān)地震剪力的大小均可以由SATWE整體分析得出，結(jié)合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）兩本規(guī)范調(diào)整以達(dá)到規(guī)范要求（如表1）。

4　構(gòu)造措施

概念設(shè)計(jì)對(duì)于確保整體結(jié)構(gòu)的安全可靠性具有重要作用，采取合理必要的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施是進(jìn)行抗震設(shè)防的有效途徑與方法，因此本工程采用了以下構(gòu)造措施：

（1）轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，控制剛度突變是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要目的，根據(jù)規(guī)范要求，轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層的側(cè)向剛度不應(yīng)小于0.6，故在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)本項(xiàng)目底部三層剪力墻厚度取400mm，3層以上為250～200mm；底部加強(qiáng)部位混凝土等級(jí)C45，4層以上C40～C30。為使建筑剛心與質(zhì)心接近重合，在建筑物周邊增設(shè)部分落地剪力墻，與剛度較大的核心筒相協(xié)調(diào)，減少整體結(jié)構(gòu)的偏心進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，增加了底部框支框架的剛度，確保整體結(jié)構(gòu)的剛度比滿足限值要求。

表1　計(jì)算結(jié)果

（2）為保證剛度的變化能順利的傳遞和轉(zhuǎn)變，避免框支樓蓋頂部發(fā)生剛度急劇突變，轉(zhuǎn)換層樓板厚度取值180mm，確保樓板的平面內(nèi)外剛度，加強(qiáng)樓板與轉(zhuǎn)換梁的協(xié)同工作能力，使得水平荷載能夠有效的傳遞，此外轉(zhuǎn)換層樓板采用雙層雙向配筋，控制單一方向配筋率不低于0.25%，增加結(jié)構(gòu)的整體性。

（3）剪力墻在布置時(shí)宜增大墻肢長(zhǎng)度，降低轉(zhuǎn)換梁跨中荷載，減小跨中彎矩進(jìn)而縮小梁高及配筋。墻體類型盡量少采用一字形，宜以L形、T形、C形為主。

（4）轉(zhuǎn)換層上部少采用短肢剪力墻，因短肢剪力墻抗震等級(jí)比普通剪力墻抗震等級(jí)高，抗震措施要求更嚴(yán)格，短肢剪力墻抗側(cè)能力不及普通剪力墻。

5　結(jié)束語(yǔ)

梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑施工中發(fā)揮著主要作用，可提高建筑工程的建設(shè)指標(biāo)，滿足現(xiàn)代建筑不同功能組合的要求。梁式轉(zhuǎn)換層在所有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，屬于效益明顯的一類。設(shè)計(jì)單位應(yīng)采取積極措施改善其抗震性能，盡量不要采取高位轉(zhuǎn)換，因轉(zhuǎn)換層以下層數(shù)越多建筑的抗震性能越不好，結(jié)構(gòu)重心上移、剛心上移，不利于抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)。

[1]馬亮.淺談梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2011（09）：89～91.

[2]黃志勇.論某高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].廣東科技，2012（06）：90～92.

[3]曾秋寧.淺談高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].廣西城鎮(zhèn)建設(shè)，2012（07）：112.

TU973+.19

A

1673-0038（2015）36-0064-02

2015-8-19