田曉雪

摘 要：近年來(lái)隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)不斷的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量及水平也隨之得到了極大程度的提升與發(fā)展。進(jìn)而，對(duì)相關(guān)建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及要求也在不斷地增加，以此來(lái)更好地滿足人們?cè)谌粘Ｉ钪袑?duì)停車及購(gòu)物等方面的要求。

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

1 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)原理分析

1.1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)受力分析

設(shè)置高層建筑轉(zhuǎn)換層主要是為了將上部小開(kāi)間豎向結(jié)構(gòu)荷載傳導(dǎo)至底端大開(kāi)間豎向結(jié)構(gòu)處，此舉必定會(huì)造成一部分豎向結(jié)構(gòu)上下之間的間斷性貫通、豎向構(gòu)件力傳導(dǎo)不直接，轉(zhuǎn)換層上、下樓層的抗側(cè)剛度出現(xiàn)嚴(yán)重彎折，轉(zhuǎn)換層位置的應(yīng)力過(guò)于集中，并由此導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)受力異常繁雜。同時(shí)受到地震效應(yīng)影響，轉(zhuǎn)換層有很大概率會(huì)發(fā)生下端承載力缺失而使薄弱層以及下部軟弱性的變形過(guò)大，一旦遭遇地震災(zāi)害，便會(huì)造成整體結(jié)構(gòu)塌陷。因此在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就必須要思考如何處理以下問(wèn)題。（1）如何確保結(jié)構(gòu)力傳導(dǎo)更快、更準(zhǔn)確；（2）結(jié)構(gòu)按高度上、下剛度出現(xiàn)的突變來(lái)應(yīng)對(duì)并改進(jìn)；（3）如何就水平位置與豎向位置的構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)布設(shè)，以及對(duì)轉(zhuǎn)換構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)化的設(shè)計(jì)與構(gòu)造，從設(shè)計(jì)層面上來(lái)促進(jìn)結(jié)構(gòu)抗震性能的有效增強(qiáng)。此外，轉(zhuǎn)換層位置的安排對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)所起到的抗震性能有著巨大的影響，底部轉(zhuǎn)換層位置越高，轉(zhuǎn)換層上、下剛度突變將會(huì)越大，上、下層的結(jié)構(gòu)傳力過(guò)程也將更為復(fù)雜；同時(shí)較高的轉(zhuǎn)換層位置，落地或是筒體剪力墻就更易發(fā)生裂縫現(xiàn)象，剪力墻剛度也會(huì)下降，這時(shí)框支柱便會(huì)得到更多內(nèi)力，這也會(huì)對(duì)框支柱的受力效果造成極為不利的影響。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不得不對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的情況主要包括以下兩種。（1）要轉(zhuǎn)換的上部結(jié)構(gòu)是剪力墻；（2）要轉(zhuǎn)換的上部結(jié)構(gòu)是框架。針對(duì)第一種情況可在某樓層處設(shè)置轉(zhuǎn)換梁以期能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)上端剪力墻的有效承接，同時(shí)將其轉(zhuǎn)換梁換位由框支柱進(jìn)行支撐，并以此產(chǎn)生出包括上部剪力墻、框支梁、框支柱所共同承擔(dān)的豎向以及水平荷載框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

1.2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

具有轉(zhuǎn)換層的高層建筑是一種不規(guī)則的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其剛度相較于一般樓層要明顯得多，且質(zhì)量也相對(duì)更大，因此在出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)更易成為薄弱位置，由此所引發(fā)的后果危害將不堪設(shè)想。同時(shí)，有研究證實(shí)轉(zhuǎn)換層位置越高，對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震的效果將會(huì)越差，因此一般在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)需要確保其底部大空間框支剪力墻結(jié)構(gòu)層數(shù)在8度時(shí)應(yīng)不大于3，7度時(shí)應(yīng)不大于5，6度可綜合考慮各方面因素在5層的基礎(chǔ)上予以適當(dāng)提高，但不具備詳實(shí)、可靠的工程依據(jù)支持時(shí)，不應(yīng)大于6層。而針對(duì)外筒是密柱框架的筒中筒以及框架-核心筒底部大空間轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，因?yàn)槠渥陨磙D(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)剛度突變不太顯著，上、下構(gòu)件的內(nèi)力突變表現(xiàn)也不太明顯，相應(yīng)地便可將其轉(zhuǎn)換層的位置予以適當(dāng)升高，在不具備相關(guān)工程施工經(jīng)驗(yàn)的情況下，對(duì)于層數(shù)可依據(jù)底端大空間框支剪力墻結(jié)構(gòu)升高一層后再予以考量；若轉(zhuǎn)換層位置高于以上要求時(shí)，則可認(rèn)定其結(jié)構(gòu)屬于超出限制的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)，必須依據(jù)相關(guān)規(guī)定開(kāi)展設(shè)計(jì)工作；在抗震設(shè)防烈度等于9度時(shí)，便應(yīng)避免在高層建筑結(jié)構(gòu)中采用轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)方式，在抗震設(shè)防烈度為7～8度之間，則不應(yīng)同時(shí)應(yīng)用兩種以上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。此外，若將轉(zhuǎn)換層位置設(shè)置高于地面不小于3層之時(shí)，便可將之視作為是高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，并需依據(jù)有關(guān)抗震級(jí)別要求進(jìn)行設(shè)置。

1.3 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

具有轉(zhuǎn)換層的高層建筑其結(jié)構(gòu)為復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)，在對(duì)其展開(kāi)分析計(jì)算時(shí)應(yīng)最少選用不少于兩個(gè)力學(xué)模式完全不同的三維空間分析軟件來(lái)對(duì)該高層建筑的結(jié)構(gòu)實(shí)施位移計(jì)算與內(nèi)力分析，以期能夠最大程度地保障結(jié)構(gòu)分析的精確性。在完成整體分析處理后，還需針對(duì)轉(zhuǎn)換層實(shí)施局部有限元補(bǔ)充分析，并將整體分析所得到的結(jié)果作為補(bǔ)充分析外荷載。當(dāng)前，在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中所普遍應(yīng)用的三維空間分析軟件其計(jì)算模式包括有板殼元模型、空間桿系模型、空間桿-墻板元模型。在開(kāi)展關(guān)于框支剪力墻結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，選用將空間桿-墻板元作為模型的ETAS=BS與SATWE軟件更加接近于真實(shí)的受力情況。

2 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)分析

2.1 抗震等級(jí)的設(shè)計(jì)確定

高層建筑在其實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中，要注重對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才能在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的整體性規(guī)劃。在高層建筑設(shè)計(jì)中抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是很重要的，尤其是在地震帶建筑層體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，更應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在其設(shè)計(jì)過(guò)程中也應(yīng)該注重對(duì)建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此需要在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用各種技術(shù)確定建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)。

2.2 結(jié)構(gòu)層的豎向布置

高層建筑在其實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了防止剛體結(jié)構(gòu)形變，因此在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要有針對(duì)性的對(duì)建筑梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行分配，這樣才能在實(shí)際建筑層結(jié)構(gòu)的分配中有效的掌握好實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)層體布置，一般情況下在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的布置設(shè)計(jì)中采用的是豎向布置結(jié)構(gòu)。一般情況下運(yùn)用到的豎向結(jié)構(gòu)布置方法有以下幾種：（1）在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要與專業(yè)建筑協(xié)商，這樣才能在建筑協(xié)商中增加剪力墻的數(shù)目。只有這樣才能使得建筑層結(jié)構(gòu)在其設(shè)計(jì)過(guò)程中在剪力墻的作用下保障整個(gè)的建筑結(jié)構(gòu)豎向布置不會(huì)受到影響。（2）在轉(zhuǎn)化層結(jié)構(gòu)的安排中增加剪力墻的厚度，這樣才能保障整個(gè)建筑的支撐不會(huì)受到影響，一般情況下將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)下層的剪力墻厚度，可以增加到600mm。（3）為了減少在實(shí)際建筑層體設(shè)計(jì)中的剛度變化，因此應(yīng)該在實(shí)際結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)中將建筑下方的剪力墻進(jìn)行固定化，在剪力墻的固定上最好不要在其周圍開(kāi)洞，如果必須要開(kāi)洞，應(yīng)該盡量的將洞口減小，這樣才能為建筑的轉(zhuǎn)換層體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定提供保障。

2.3 規(guī)劃結(jié)構(gòu)平面

一個(gè)完整的工程結(jié)構(gòu)布局一般由位于上部的純剪力墻結(jié)構(gòu)和下部的形態(tài)規(guī)則框架-剪力墻結(jié)構(gòu)組成。為了提高抗扭的等級(jí)，在規(guī)劃結(jié)構(gòu)平面時(shí)，要求剪力墻左右對(duì)稱，偏心率很小，上下質(zhì)量與剛度中心誤差小于2m，沿周邊均一分布不包括核心筒。相關(guān)計(jì)算結(jié)果表明，各層水平位移上限與層間位移比均小于1.4，扭轉(zhuǎn)與平動(dòng)第一自振周期比為0.85，都符合嚴(yán)控扭轉(zhuǎn)和平面規(guī)劃的規(guī)定。由此可見(jiàn)，合理規(guī)劃工程結(jié)構(gòu)布局可以在一定程度上增強(qiáng)抗扭效果。

2.4 轉(zhuǎn)換層樓板

以轉(zhuǎn)換層為界限將框支剪力墻結(jié)構(gòu)分為上部和下部，其內(nèi)部受力按不同的規(guī)律分布。上部樓層根據(jù)各部分剪力墻的等效剛度比值進(jìn)行負(fù)載水平力的分配，而下部樓層的水平剪力主要分布在落地剪力墻上，且其與框支柱間剛度不同，使得轉(zhuǎn)換層在分配所負(fù)荷的重力時(shí)發(fā)生變化。轉(zhuǎn)換層的樓板本身受到很大的重力，且容易變形，通常扮演著分配上部和下部樓層受力的角色，因此樓板必須具備一定的剛度。此外，為了幫助轉(zhuǎn)換層樓板更好地完成剪力重分配工作，上下層樓板選用厚度均150mm。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用梁式轉(zhuǎn)換層還能夠在相關(guān)的成本造價(jià)、費(fèi)圖4試驗(yàn)梁截面尺寸及配筋用方面有一定程度的提升。因此在高層建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以通過(guò)應(yīng)用梁式轉(zhuǎn)換層來(lái)保證整個(gè)建筑工程設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，同時(shí)還能夠?qū)ο嚓P(guān)設(shè)計(jì)、施工單位的操作進(jìn)行有效的控制，從而避免產(chǎn)生相關(guān)的問(wèn)題及困難，最終做到優(yōu)化高層建筑設(shè)計(jì)，提升整個(gè)工程的結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

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