高層建筑混凝土轉換層結構設計探討論文
摘要：轉換層主要是為了滿(mǎn)足高層建筑結構中建筑功能的要求而設計的，轉換層起的是過(guò)渡的作用，不僅如此，轉換層對建筑的安全性與穩定性也會(huì )產(chǎn)生影響。所以，如果不做好不同結構間的轉換，無(wú)法合理運用轉換層的話(huà)，將造成不可估量的后果。為了確保結構的安全性與經(jīng)濟性，提高建筑物的使用功能，就必須做好不同結構體系之間的轉換。本文將通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)展現高層建筑峻寧圖轉換層結構的基本特點(diǎn)，重點(diǎn)探討轉換層結構設計要點(diǎn)，并且對相關(guān)要點(diǎn)提出改進(jìn)建議，為以后的轉換層結構研究打下基礎。
關(guān)鍵詞：高層建筑；轉換層；結構設計；特點(diǎn)；應用
1引言
隨著(zhù)生活水平的提高，城市化建設步伐的加快，人們對于高層建筑的功能需求也悄然發(fā)生著(zhù)改變，為了迎合市民的需求，建筑物功能區也發(fā)生了改變，不再是單一的、片面的、枯燥的。最為常見(jiàn)的建筑物結構形式是民用住宅，功能區的劃分是由住宅與公共場(chǎng)所通過(guò)墻體、柱網(wǎng)來(lái)進(jìn)行的，然后滿(mǎn)足每個(gè)功能區的使用要求。在這一過(guò)程中就運用了轉換層，因為只有轉換層的存在才能完成這些結構變化，從而完成功能區的劃分。其實(shí)在高層建筑混凝土結構設計中，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，這樣的空間設置就導致了上半部分的樓層豎向構件無(wú)法接觸到地面，這個(gè)時(shí)候就要有轉換層的存在了。
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(chǎng)，4~28層為住宅。地下室兩層總高度為4.5m，商場(chǎng)有部分樓層高度為4.5m，住宅樓層與商場(chǎng)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。整棟樓的結構體系除了電梯間、樓梯間可以一樣之外，其他的都必須是不同的結構體系，其中電梯間和樓梯間采用的是剪力墻核心簡(jiǎn)結構。由此可以看出，由于結構體系的不同，那么轉換層也就派上了用場(chǎng)，轉換層的使用使得兩種結構體系完美過(guò)渡，所以將轉換層設置在三層定頂，恰好是商場(chǎng)和住宅樓層間的過(guò)渡。
3轉換層結構特點(diǎn)
從高層建筑混凝土轉換層結構發(fā)展過(guò)程來(lái)看，轉換層結構的特點(diǎn)主要有以下三點(diǎn)的特征：①對于建筑物的荷載來(lái)說(shuō)，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構構造的抗震性能。②來(lái)自于上部豎向受力構件的荷載幾乎都由轉換層的大梁承受，大大增加了大梁的內力，同樣的，必須及時(shí)解決，在結構設計中合理的布置結構荷載，達到降低大梁內力的目的。③一般情況下，轉換層空間的設置都是高且大的，目的是確保轉換層的剛度，但是這樣大梁的截面尺寸也會(huì )隨之增大，也就產(chǎn)生了轉換層的使用空間不夠大的情況。
4轉換層結構設計要點(diǎn)
4.1轉換層結構設計原則
在建筑物中設置轉換層的時(shí)候，有可能會(huì )發(fā)生結構抗震能力下降的情況，因為在設置的時(shí)候，轉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，在設計轉換層結構的時(shí)候最好遵循以下幾個(gè)原則：設置轉換層的時(shí)候盡可能選用可以直接落地的豎向構件；當高層建筑豎向位置比較低的時(shí)候，要時(shí)刻謹記宜低不宜高的原則來(lái)設置轉換層結構；在優(yōu)化轉換層圖2剛度比計算公式結構的時(shí)候，要盡量保證有明確的優(yōu)化路徑，最好是被選擇的轉換層結構型式，這樣才能確保結構分析的準確性與施工工程量的一致性；在轉換的時(shí)候，要以建筑物經(jīng)濟和安全為大前提，轉化剛度不可以太大，要秉持宜小不宜大的原則。（1）在轉換層結構設計的時(shí)候，很有可能出現因為豎向剛度突然發(fā)生變化而形成薄弱層的情況，因此要在設計的時(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，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性能，也使整體結構的受力比較均勻。上、下層剛度比的計算公式為：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）在轉換層結構設計的過(guò)程中，需要特別注意的是轉換層的剛度一定要滿(mǎn)足規定的數值要求，從一般規定來(lái)看，轉換層的梁的高度是大于梁跨度的1/6，目的是使結構內力能準確的作用于轉換層下部。另外，由于轉換層結構構件中梁、柱的受力性能比較好，所以需要合理分配結構構件，為建筑結構轉換提供便利。
4.2結構選型
針對本工程如果從轉換層的材料去考慮的話(huà)，分為三種：①厚板轉換層；②箱形轉換層；③梁式轉換層。而厚板轉換層無(wú)論是從施工難度還是在成本上都處于劣勢，因為如果混凝土和板材的用量較多的話(huà)，無(wú)疑增加了施工難度，同時(shí)過(guò)多使用材料也增加了成本投入。從結構受力上來(lái)看，厚板轉換層結構受力比較復雜，計算難度大，計算過(guò)程也隨之復雜，在無(wú)形中增加了工作量。相對的，如果采用箱形轉換層的話(huà)，也是有優(yōu)點(diǎn)有缺點(diǎn)。從結構上來(lái)說(shuō)，結構具有比較好的整體性，對豎向構件的傳力也做到了保證，但是在結構設計上就會(huì )出現問(wèn)題，因為箱形轉換層這種結構本身的內力分析就比較復雜，再者，目前這方面的技術(shù)也不是太成熟，所以在設計和施工上都有較大難度。梁式轉換層相較于前兩種轉換層不僅設計和施工難度較小，豎向構件傳力路徑也很清晰，最重要的是既合理又經(jīng)濟。
4.3結構概念設計
在對整體結構概念進(jìn)行設計的時(shí)候，需要注意以下三點(diǎn)：①加強底部框支層的剛度。依據前文提到的設計原則，應該在對抗震性能進(jìn)行設計的時(shí)候把轉換層上下結構側向剛度比控制在2以?xún)�。而且在設計的時(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立短肢剪力墻，達到提高底部剛度，控制剛度比值的目的。②加強轉換層樓板的剛度，增強水平荷載傳遞的可靠性。為了增加結構的整體性，樓板設計厚度為180mm，并且采用雙層雙向配筋的方式，將配筋率控制在0.25%。③為了大幅度降低轉換梁的梁高和彎矩，可以在框支柱上設置短肢剪力墻。
4.4構造措施
構造措施的出現是為了滿(mǎn)足抗震設防的需求，措施分為三種：①針對框支梁的上部墻體開(kāi)門(mén)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(huà)，就要采取梁端加腋的方法來(lái)提高結構的抗剪承載力。②針對二次轉換梁而采取的措施，由于轉換結構的豎向集中荷載導致結構受力變得愈加復雜，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在結構構造設計的時(shí)候采取的，在梁內配置交叉斜筋，保證框支剪力墻洞口上部梁不出現強剪弱彎的情況，同時(shí)還確保了梁內塑性絞的出現。
5結束語(yǔ)
對于轉換層結構設計提出以下幾點(diǎn)建議，僅供參考。①在設計梁式轉換層結構的時(shí)候，要深刻理解結構設計的理念并準確運用這些理念來(lái)解決設計結構上的一些難題，隨后還要采用鹽酸的方式對設計結果進(jìn)行檢驗，確保結構設計的質(zhì)量。另外，還要注意提高建筑物的防震性能，明確結構平面和豎向構件的布置，從而確保建筑物的安全性。②在對建筑物結構進(jìn)行分析的時(shí)候，首先必須得掌握概念設計的思路，然后選擇較為適用的平面有限元程序來(lái)對梁式轉換層結構進(jìn)行分析。③在設計轉換層的時(shí)候，應盡量避免二次轉換，因為一旦轉換過(guò)多，截面分布較為復雜的次梁梁端很容易出現裂縫，從而導致建筑安全性能降低。
參考文獻
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