曾品珣，羅承師

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0 引言

根據(jù)不同的居民生活需要，可以將結(jié)構(gòu)分為不同的類型，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以得出不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，如果按建筑材料的分類，可以分為混凝土、鋼、混合、砌塊等。按結(jié)構(gòu)形態(tài)劃分，可分為框架結(jié)構(gòu)（圖1）、排架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)（圖2）等。按建筑高度劃分，可分為超高層、高層、多層、單層。根據(jù)其特殊用途，可將其分為工業(yè)和民用兩類。在目前國內(nèi)，轉(zhuǎn)換層是最常用的一種結(jié)構(gòu)形式，在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，首先要對其進(jìn)行基本的理論研究，然后通過對其進(jìn)行分析和檢驗，從而達(dá)到更好的設(shè)計效果。同時，合理的平面及豎向布局能夠使整個建筑成為一個很好的抗震系統(tǒng)[1]，因此，在進(jìn)行建筑設(shè)計時，需要對建筑進(jìn)行持續(xù)的研究，并對各種方案進(jìn)行對比，盡可能地制定出最優(yōu)的技術(shù)方案，以確保建筑的安全及經(jīng)濟(jì)。

圖1 框架結(jié)構(gòu)

圖2 剪力墻結(jié)構(gòu)

1 合理設(shè)計轉(zhuǎn)換層的重要性

轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)從建筑的使用功能來看，它無疑是將底層的無柱空間進(jìn)行了擴(kuò)展，這樣就可以最大程度地提高建筑布局的靈活性，適合在大型商場等的運營。但是，從抗震的角度來看，在轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)中，有一些豎向抗側(cè)力構(gòu)件并沒有貫通，而是利用水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，將上面的豎向荷載轉(zhuǎn)移到下面的豎向荷載，這樣的話，傳力途徑就會發(fā)生根本的改變，因此，傳力途徑會進(jìn)行多次的轉(zhuǎn)換，從而使其受力變得更加復(fù)雜。此外，在轉(zhuǎn)換層中，豎向剛度和剪力都會出現(xiàn)突變，很容易形成一個薄弱的區(qū)域。此外，在偏心載荷的作用下，轉(zhuǎn)換梁還會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，這對抗震非常不利。因此，如何對轉(zhuǎn)換層進(jìn)行合理的設(shè)計，就顯得尤為重要。在建筑結(jié)構(gòu)底層，如果轉(zhuǎn)換層設(shè)置在較高的樓層，將會引起轉(zhuǎn)換層上、下兩個樓層的剛度發(fā)生突變，造成剪力墻出現(xiàn)開裂，從而引起轉(zhuǎn)換層的內(nèi)力增加，從而影響轉(zhuǎn)換層的穩(wěn)定，降低建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力[2]。為此，需要對轉(zhuǎn)換層進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并對轉(zhuǎn)換層進(jìn)行合理的內(nèi)力調(diào)節(jié)，增強(qiáng)轉(zhuǎn)換層的承載能力，并選擇合適的轉(zhuǎn)換件，以確保建筑的使用功能。轉(zhuǎn)換層設(shè)計如圖3 所示。

圖3 轉(zhuǎn)換層設(shè)計

2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用

2.1 轉(zhuǎn)換梁的構(gòu)造要求

在進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，要盡量避免開洞，并且要按照結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，對轉(zhuǎn)換梁剪壓比進(jìn)行嚴(yán)格的控制，按照有關(guān)的抗震設(shè)計要求，將轉(zhuǎn)換梁上、下主筋的最小配筋率設(shè)定在0.4%～0.6%。轉(zhuǎn)換梁中的主筋應(yīng)使用機(jī)械連接的方法，將縱向鋼筋之間的接頭進(jìn)行緊密的連接，并且要確保同一區(qū)段內(nèi)接頭連接面積不超過主筋截面積的50%，接頭位置應(yīng)避開上部墻體開洞、托柱部位及受力較大部位。對于偏心受拉的轉(zhuǎn)換梁要求上部50%的主筋全長貫通，腰筋間距不大于200mm，直徑不小于16mm，且錨入柱內(nèi)不小于受拉鋼筋抗震錨固長度，與此同時，下部主筋必須全部貫通到框支柱的內(nèi)部。并對離柱邊1.5 倍轉(zhuǎn)換梁高范圍內(nèi)的箍筋進(jìn)行加密，加密箍筋直徑不小于10mm，間隔不大于100mm，并結(jié)構(gòu)抗震等級，控制加密區(qū)最小面積配箍率，以確保其延性。

2.2 框支柱設(shè)計

為確?？蛑е脑O(shè)計合理，箍筋的直徑應(yīng)該不小于10mm，間距不大于100mm 及6 倍縱筋最小直徑，沿柱全高加密。并應(yīng)較普通框架柱提高其箍筋體積配箍率特征值不小于0.02.根據(jù)其抗震等級，控制框支柱的縱向鋼筋最小配筋率，同時還要確保框支梁的縱向鋼筋間距不小于80mm，不大于200mm，及縱向鋼筋配筋率不會超過4%。同時，在內(nèi)力設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)抗震等級對地震內(nèi)力進(jìn)行放大。一、二級轉(zhuǎn)換柱由地震作用產(chǎn)生的軸力應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.5、1.2。與轉(zhuǎn)換構(gòu)件相連的一、二級轉(zhuǎn)換柱的上端和底層下端截面彎矩組合值應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.5、1.3，轉(zhuǎn)換角柱的彎矩、剪力設(shè)計值應(yīng)分別再乘以增大系數(shù)1.1。與此同時，要按照框支框架個數(shù)來對框支框架進(jìn)行剪切剛度設(shè)計，確保框支框架轉(zhuǎn)換層剛度與其相鄰上層的剛度比不宜過小[3]。

2.3 轉(zhuǎn)換層抗震設(shè)計

從建筑物轉(zhuǎn)換層抗震理論和有關(guān)分析結(jié)果中可以得知，在對建筑物轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時，可對框支柱、轉(zhuǎn)換梁等轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的內(nèi)力設(shè)計進(jìn)行合理的調(diào)整，從而提高建筑樓層的最小水平地震承載力，保證在建筑結(jié)構(gòu)遇到地震時，樓層之間的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)還具備一定的彈性，從而降低地震對建筑物造成的影響。在此基礎(chǔ)上，通過對轉(zhuǎn)換層在縱向和橫向兩個方向上所承受的內(nèi)力進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，確?？蚣芰汉图袅Φ某休d能力滿足設(shè)計要求，確保該建筑轉(zhuǎn)換層具備雙側(cè)抗側(cè)能力。對彈性階段的設(shè)計內(nèi)力做出相應(yīng)的調(diào)整，以確保建筑物轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)擁有一定的抗震性能，與此同時，還要保證一些重要的部件及普通豎向部件復(fù)核中震、大震下的抗剪性能和抗彎性能，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要程度選擇合理的抗震性能水準(zhǔn)，這樣可以將施工設(shè)計成本降到最低。不過，要特別指出的是，對于轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，還應(yīng)補(bǔ)充時程分析，復(fù)核其在地震波的反復(fù)作用下的內(nèi)力時程以及損傷程度，這樣才能保證建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性能滿足設(shè)計要求。轉(zhuǎn)換層抗震設(shè)計如圖4 所示。

圖4 轉(zhuǎn)換層抗震設(shè)計

2.4 框支梁設(shè)計

框支梁和轉(zhuǎn)換梁雖然同為一種結(jié)構(gòu)形式，但是二者在結(jié)構(gòu)形式上存在著較大的差異，在對其力學(xué)性能進(jìn)行分析之前，必須先對其力學(xué)性能進(jìn)行全面的分析。簡而言之，框支梁指的是在一般剪力墻之下的框架梁，而轉(zhuǎn)換梁泛指在豎向構(gòu)件之下的框架梁；托住轉(zhuǎn)換梁僅承受彎矩和剪力，是一種正常的受彎構(gòu)件；框支梁同時承受拉力，是一種偏心受拉的構(gòu)件，與磚木框架中的墻梁相似；轉(zhuǎn)換梁兩邊的樓板層與正常樓板層相同，但在框支梁兩邊的樓板層除了具有正常樓板層的功能之外，還承擔(dān)著共同的受力功能；轉(zhuǎn)換梁與框架梁在受力上有很大區(qū)別，其結(jié)構(gòu)形式及配筋方式也有很大區(qū)別。

在確定框支梁斷面時，要考慮到上部墻體所承受的剪力和荷載的比例，其框支梁斷面寬度應(yīng)不小于2 倍墻厚及400mm 的較大值，并按框支框架的跨度和受力大小來確定框支梁斷面高度。因為框支梁是轉(zhuǎn)換層的主要受力結(jié)構(gòu)，它是建筑物剪力墻結(jié)構(gòu)抗震抗剪性能的重要保障，它的受力十分復(fù)雜。所以，在對框架梁進(jìn)行設(shè)計的時候，應(yīng)該準(zhǔn)備多個設(shè)計方案，并在框支梁上設(shè)計出一種傳力合理的結(jié)構(gòu)，根據(jù)建筑物抗震等級要求，控制框支梁縱筋最小配筋率[4]。因為框支梁是一種偏心受拉型建筑構(gòu)件，在梁結(jié)構(gòu)中會有一定大小的軸力。為了確?？蛑Я旱姆€(wěn)定性，需要在框支梁的中部設(shè)置一定數(shù)量的腰筋，并且沿著框支梁水平布置，腰筋間距不大于0.2m，并且要嚴(yán)格確保將腰肢嵌入框支梁的支座之內(nèi)?？蛑Я菏且环N具有較大承載能力的新型建筑，它是一種具有較高承載能力的新型建筑，在設(shè)計時，必須按照“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計理念，嚴(yán)格控制縱向鋼筋數(shù)目，并對配箍進(jìn)行加強(qiáng)。

2.5 斜截面抗震設(shè)計

一般情況下，在給定水平力時，由于柱子截面的差異，其結(jié)構(gòu)形式也就不同，因而，受力比例影響的程度也就不同。因此，在實際設(shè)計中，柱截面和剪力墻的設(shè)置都要根據(jù)地震傾覆彎矩比例進(jìn)行調(diào)整。開展建筑構(gòu)造抗震設(shè)計的關(guān)鍵是通過提升建筑物本身抗剪水平和承重能力，實現(xiàn)建筑物良好的抗震性能。所以在開展具體設(shè)計工作的時候，能夠在建筑結(jié)構(gòu)的剪力墻周邊布設(shè)相關(guān)梁柱等構(gòu)造，利用這類梁柱構(gòu)造對剪力墻實施相應(yīng)保護(hù)。所以，能夠使得地震當(dāng)中的斜向裂縫擴(kuò)展以及蔓延情況減少，對墻體構(gòu)造的安全性以及穩(wěn)定性的維護(hù)具有關(guān)鍵的影響。加入地震之中的剪力墻構(gòu)造遭受一定損傷，則墻體周邊梁柱構(gòu)造能夠取代剪力墻來繼續(xù)發(fā)揮其承載功能，從而就可以實現(xiàn)斜截面抗震目標(biāo)。斜截面如圖5 所示。

圖5 斜截面

2.6 墻肢面設(shè)計

開展建筑構(gòu)造抗震設(shè)計的時候，能夠通過控制單個墻肢面積以及多墻肢構(gòu)造布置等措施，預(yù)防結(jié)構(gòu)當(dāng)中產(chǎn)生抵御裂縫。除此之外，多墻肢的設(shè)計方式還能夠使得剪力墻剛度和強(qiáng)度獲得有效提升，從而能夠提升框架剪力墻構(gòu)造的抗震水平。改善墻肢面的設(shè)計，能夠使得建筑構(gòu)造抗震水平獲得有效提升，所以相關(guān)設(shè)計工作人員應(yīng)當(dāng)充分關(guān)注墻肢面設(shè)計工作。

2.7 樓板的設(shè)計

轉(zhuǎn)換層的樓板結(jié)構(gòu)將上部水平剪力傳遞至下部，容易引起樓板應(yīng)力分布不均勻，產(chǎn)生變形，為了確保樓板的穩(wěn)定，需采用180mm 以上的現(xiàn)澆型鋼筋混凝土板，增加各層的橫向剛度，提高轉(zhuǎn)換梁的抗扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，提高樓板的抗震性能。在對樓板結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的時候，必須確保混凝土的強(qiáng)度不低于C30，并且使用雙向雙層配筋，并且要確保其配筋率大于0.25%，與此同時，在轉(zhuǎn)換層的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建議添加1%的鋼纖維，以增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)樓板的抗剪切強(qiáng)度，以便有效傳遞轉(zhuǎn)換墻肢的剪力。在進(jìn)行樓面開口時，要注意不要開口太大，要在開口附近設(shè)置構(gòu)造梁幫助樓板傳遞剪力。

適當(dāng)加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層相鄰樓層的樓板，將樓板厚度提高到150mm，并進(jìn)行雙層雙向配筋。在對建筑物上、下樓層轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，必須確保新增的框支柱與相鄰落地墻之間的間距不大于10～12m，并且落地墻之間的間距應(yīng)控制在不大于1.5B～2B 和20～24m，此處，B 為落地墻之間的樓蓋平均寬度[5]。

2.8 合理選擇建筑的材料

為了確保高層建筑轉(zhuǎn)換層的材料良好，且結(jié)構(gòu)具備合理性，在確定建筑選材時，應(yīng)該首先考慮到建筑的性能，使其能夠維持建筑的整體穩(wěn)定性。在選擇材料時，首先要考慮不同部位的實際需要，選擇高承載力和抗彎承載力的材料類型。在設(shè)計轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時，使用高承載力、高延性的材料可以確保建筑物具有良好的抗震效果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以采用型鋼混凝土（鋼骨）梁的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，從而提高其抗震性能。

3 結(jié)語

從目前建筑業(yè)的發(fā)展趨勢來看，我國目前的超高層建筑越來越多，工程建設(shè)規(guī)模越來越大，對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出了新的要求。轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的使用日益廣泛，其傳力明確，受力性能良好，可靠性高，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，施工方便，還有利于降低造價。