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高層建筑混凝土轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討論文
摘要：轉(zhuǎn)換層主要是為了滿足高層建筑結(jié)構(gòu)中建筑功能的要求而設(shè)計(jì)的，轉(zhuǎn)換層起的是過渡的作用，不僅如此，轉(zhuǎn)換層對(duì)建筑的安全性與穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生影響。所以，如果不做好不同結(jié)構(gòu)間的轉(zhuǎn)換，無法合理運(yùn)用轉(zhuǎn)換層的話，將造成不可估量的后果。為了確保結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟(jì)性，提高建筑物的使用功能，就必須做好不同結(jié)構(gòu)體系之間的轉(zhuǎn)換。本文將通過一個(gè)實(shí)例來展現(xiàn)高層建筑峻寧圖轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)，重點(diǎn)探討轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并且對(duì)相關(guān)要點(diǎn)提出改進(jìn)建議，為以后的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)研究打下基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；特點(diǎn)；應(yīng)用
1引言
隨著生活水平的提高，城市化建設(shè)步伐的加快，人們對(duì)于高層建筑的功能需求也悄然發(fā)生著改變，為了迎合市民的需求，建筑物功能區(qū)也發(fā)生了改變，不再是單一的、片面的、枯燥的。最為常見的建筑物結(jié)構(gòu)形式是民用住宅，功能區(qū)的劃分是由住宅與公共場所通過墻體、柱網(wǎng)來進(jìn)行的，然后滿足每個(gè)功能區(qū)的使用要求。在這一過程中就運(yùn)用了轉(zhuǎn)換層，因?yàn)橹挥修D(zhuǎn)換層的存在才能完成這些結(jié)構(gòu)變化，從而完成功能區(qū)的劃分。其實(shí)在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了保證建筑物的使用性能，需要把建筑物分為兩種空間：①大空間；②小空間，這樣的空間設(shè)置就導(dǎo)致了上半部分的樓層豎向構(gòu)件無法接觸到地面，這個(gè)時(shí)候就要有轉(zhuǎn)換層的存在了。
2工程概況
某高層商業(yè)住宅樓，地下有兩層，地面以上有28層，其中一、二、三層為大型商場，4~28層為住宅。地下室兩層總高度為4.5m，商場有部分樓層高度為4.5m，住宅樓層與商場一樣，不是所有樓層都是一個(gè)高度，部分住宅樓層高度為2.9m。整棟樓的結(jié)構(gòu)體系除了電梯間、樓梯間可以一樣之外，其他的都必須是不同的結(jié)構(gòu)體系，其中電梯間和樓梯間采用的是剪力墻核心簡結(jié)構(gòu)。由此可以看出，由于結(jié)構(gòu)體系的不同，那么轉(zhuǎn)換層也就派上了用場，轉(zhuǎn)換層的使用使得兩種結(jié)構(gòu)體系完美過渡，所以將轉(zhuǎn)換層設(shè)置在三層定頂，恰好是商場和住宅樓層間的過渡。
3轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
從高層建筑混凝土轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)發(fā)展過程來看，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)主要有以下三點(diǎn)的特征：①對(duì)于建筑物的荷載來說，為了保證建筑物的承受力，支承柱與大梁的連接處會(huì)有集中的應(yīng)力，如果不及時(shí)解決，會(huì)大大降低抗震的效果，所以就必須采取措施改善結(jié)構(gòu)構(gòu)造的抗震性能。②來自于上部豎向受力構(gòu)件的荷載幾乎都由轉(zhuǎn)換層的大梁承受，大大增加了大梁的內(nèi)力，同樣的，必須及時(shí)解決，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理的布置結(jié)構(gòu)荷載，達(dá)到降低大梁內(nèi)力的目的。③一般情況下，轉(zhuǎn)換層空間的設(shè)置都是高且大的，目的是確保轉(zhuǎn)換層的剛度，但是這樣大梁的截面尺寸也會(huì)隨之增大，也就產(chǎn)生了轉(zhuǎn)換層的使用空間不夠大的情況。
4轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
4.1轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則
在建筑物中設(shè)置轉(zhuǎn)換層的時(shí)候，有可能會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)抗震能力下降的情況，因?yàn)樵谠O(shè)置的時(shí)候，轉(zhuǎn)換層豎向剛度可能會(huì)突然發(fā)生改變。所以，為了避免這種情況的發(fā)生，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的時(shí)候最好遵循以下幾個(gè)原則：設(shè)置轉(zhuǎn)換層的時(shí)候盡可能選用可以直接落地的豎向構(gòu)件；當(dāng)高層建筑豎向位置比較低的時(shí)候，要時(shí)刻謹(jǐn)記宜低不宜高的原則來設(shè)置轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)；在優(yōu)化轉(zhuǎn)換層圖2剛度比計(jì)算公式結(jié)構(gòu)的時(shí)候，要盡量保證有明確的優(yōu)化路徑，最好是被選擇的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式，這樣才能確保結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)確性與施工工程量的一致性；在轉(zhuǎn)換的時(shí)候，要以建筑物經(jīng)濟(jì)和安全為大前提，轉(zhuǎn)化剛度不可以太大，要秉持宜小不宜大的原則。（1）在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，很有可能出現(xiàn)因?yàn)樨Q向剛度突然發(fā)生變化而形成薄弱層的情況，因此要在設(shè)計(jì)的時(shí)候充分考慮到上、下兩層的剛度，將上、下層的剛度比盡量控制在1~2的范圍內(nèi)，這樣不僅能有效避免薄弱曾的形成，還保證了上層柱子的抗側(cè)性能，也使整體結(jié)構(gòu)的受力比較均勻。上、下層剛度比的計(jì)算公式為：其中Gi+1表示的是第i+1層混凝土剪變模量，Gi表示的是第i層混凝土剪變模量；Ai+1表示第i+1層折算抗剪截面面積，Ai則表示第i層折算抗剪截面面積；hi+1表示的是第i+1層的層高，hi同上，第i層的層高；而A=Aw+0.12Ac。（2）在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，需要特別注意的是轉(zhuǎn)換層的剛度一定要滿足規(guī)定的數(shù)值要求，從一般規(guī)定來看，轉(zhuǎn)換層的梁的高度是大于梁跨度的1/6，目的是使結(jié)構(gòu)內(nèi)力能準(zhǔn)確的作用于轉(zhuǎn)換層下部。另外，由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件中梁、柱的受力性能比較好，所以需要合理分配結(jié)構(gòu)構(gòu)件，為建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換提供便利。
4.2結(jié)構(gòu)選型
針對(duì)本工程如果從轉(zhuǎn)換層的材料去考慮的話，分為三種：①厚板轉(zhuǎn)換層；②箱形轉(zhuǎn)換層；③梁式轉(zhuǎn)換層。而厚板轉(zhuǎn)換層無論是從施工難度還是在成本上都處于劣勢，因?yàn)槿绻炷梁桶宀牡挠昧枯^多的話，無疑增加了施工難度，同時(shí)過多使用材料也增加了成本投入。從結(jié)構(gòu)受力上來看，厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)受力比較復(fù)雜，計(jì)算難度大，計(jì)算過程也隨之復(fù)雜，在無形中增加了工作量。相對(duì)的，如果采用箱形轉(zhuǎn)換層的話，也是有優(yōu)點(diǎn)有缺點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上來說，結(jié)構(gòu)具有比較好的整體性，對(duì)豎向構(gòu)件的傳力也做到了保證，但是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就會(huì)出現(xiàn)問題，因?yàn)橄湫无D(zhuǎn)換層這種結(jié)構(gòu)本身的內(nèi)力分析就比較復(fù)雜，再者，目前這方面的技術(shù)也不是太成熟，所以在設(shè)計(jì)和施工上都有較大難度。梁式轉(zhuǎn)換層相較于前兩種轉(zhuǎn)換層不僅設(shè)計(jì)和施工難度較小，豎向構(gòu)件傳力路徑也很清晰，最重要的是既合理又經(jīng)濟(jì)。
4.3結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)
在對(duì)整體結(jié)構(gòu)概念進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要注意以下三點(diǎn)：①加強(qiáng)底部框支層的剛度。依據(jù)前文提到的設(shè)計(jì)原則，應(yīng)該在對(duì)抗震性能進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候把轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比控制在2以內(nèi)。而且在設(shè)計(jì)的時(shí)候還要考慮到核心筒的位置，一般情況下核心筒位置北面的剛度都比較大，所以為了使剛心和質(zhì)心重合，需要在核心筒底部靠南的位置設(shè)立短肢剪力墻，達(dá)到提高底部剛度，控制剛度比值的目的。②加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層樓板的剛度，增強(qiáng)水平荷載傳遞的可靠性。為了增加結(jié)構(gòu)的整體性，樓板設(shè)計(jì)厚度為180mm，并且采用雙層雙向配筋的方式，將配筋率控制在0.25%。③為了大幅度降低轉(zhuǎn)換梁的梁高和彎矩，可以在框支柱上設(shè)置短肢剪力墻。
4.4構(gòu)造措施
構(gòu)造措施的出現(xiàn)是為了滿足抗震設(shè)防的需求，措施分為三種：①針對(duì)框支梁的上部墻體開門洞附近剪力較大的情況，解決辦法是加密配箍，如果洞口靠近梁端的話，就要采取梁端加腋的方法來提高結(jié)構(gòu)的抗剪承載力。②針對(duì)二次轉(zhuǎn)換梁而采取的措施，由于轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的豎向集中荷載導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力變得愈加復(fù)雜，所以采取與第二種一樣的方式，在梁端加腋，目的卻是提高抗剪的安全性。③在結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)的時(shí)候采取的，在梁內(nèi)配置交叉斜筋，保證框支剪力墻洞口上部梁不出現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎的情況，同時(shí)還確保了梁內(nèi)塑性絞的出現(xiàn)。
5結(jié)束語
對(duì)于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出以下幾點(diǎn)建議，僅供參考。①在設(shè)計(jì)梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的時(shí)候，要深刻理解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理念并準(zhǔn)確運(yùn)用這些理念來解決設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上的一些難題，隨后還要采用鹽酸的方式對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。另外，還要注意提高建筑物的防震性能，明確結(jié)構(gòu)平面和豎向構(gòu)件的布置，從而確保建筑物的安全性。②在對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的時(shí)候，首先必須得掌握概念設(shè)計(jì)的思路，然后選擇較為適用的平面有限元程序來對(duì)梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。③在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層的時(shí)候，應(yīng)盡量避免二次轉(zhuǎn)換，因?yàn)橐坏┺D(zhuǎn)換過多，截面分布較為復(fù)雜的次梁梁端很容易出現(xiàn)裂縫，從而導(dǎo)致建筑安全性能降低。
參考文獻(xiàn)
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