關(guān)于高層建筑結構設計研究論文
對于高層建筑工程來(lái)說(shuō)，結構穩定性與安全性要求更為嚴格，為了實(shí)現工程結構支架，必須要設計一種能夠進(jìn)行結構轉換的結構層。梁式轉換層結構為高層建筑支架轉換重要組成部分，可以在滿(mǎn)足基礎功能的前提下，提高工程結構的安全性。在對此結構形式進(jìn)行設計時(shí)，需要從多個(gè)角度出發(fā)，做好每個(gè)細節的研究分析，選擇合適的措施進(jìn)行優(yōu)化，爭取不斷提高工程設計效果。
1、高層建筑工程梁式轉換層結構設計特點(diǎn)
梁式轉換層結構傳力途徑為墻－梁－柱(墻)形式，具有傳力明確、清晰、直接特點(diǎn)。轉換結構主要作用是承受上部結構傳達的豎向荷載，以及懸掛下部結構多層荷載力等，這樣就導致轉換結構構件存在很大的內力，在對結構進(jìn)行設計時(shí)，就需要將對豎向荷載的控制作為研究要點(diǎn)。對高層建筑工程梁式轉換層結構來(lái)說(shuō)，基本上均具有比上部結構大于數倍的跨度，決定了結構設計時(shí)還需要做好對結構豎向撓度的控制。通常為提高轉換層結構強度與剛度，會(huì )導致結構構件截面尺寸會(huì )加大。對高層建筑工程設計轉換層結構，會(huì )沿著(zhù)建筑高度方向對剛度均勻性造成影響，改變力的傳播途徑，成為豎向不規則結構，在對梁式轉換層結構進(jìn)行設計時(shí)，需要結合其所具有的特點(diǎn)來(lái)確定設計要點(diǎn)，選擇措施做好每個(gè)環(huán)節的優(yōu)化分析。
2、高層建筑工程梁式轉換層結構設計原則
2．1減少豎向構件
在對高層建筑工程梁式轉換層結構進(jìn)行設計時(shí)，需要控制好豎向構件的數量。因為如果工程豎向構件數量較多，會(huì )減少轉換構件數量，會(huì )降低轉換效果。當整體結構轉換層剛度突變減小時(shí)，會(huì )降低工程整體結構轉換層的剛度，進(jìn)而都會(huì )影響到抗震效果，對工程建設效果影響比較大。另外，在建筑物豎向高度方向上，在保證轉換層存有足夠承載力與剛度前提下，采取靈活的方式來(lái)進(jìn)行多處整層布置，或者是在某層局部位置設置，可以采用分段布置或者間隔布置。
2．2結構位置布置
要提高轉換層結構位置的合理性，一般情況下應將上升位置設計在比較低的位置，以免轉換層結構位置過(guò)高而對框架剪力墻結構剛度與內力造成影響，情況嚴重的甚至會(huì )降低結構抗震性能。因此必須要做好對轉換層結構位置的控制，嚴格遵守高位轉換原理，結合實(shí)際需求來(lái)調整下部框架，提高結構剛度設計效果，避免出現軸向變形的問(wèn)題。按照工程經(jīng)驗與研究結果，轉換構件可以采用轉換大梁、斜撐、箱形結構以及厚板等形式。
2．3下部結構剛度
在對轉換層結構剛度進(jìn)行控制時(shí)，需要確保結構上下部之間變形與結構剛度特征的統一性。因此，可以采取提升抗側剛度的方法，確保建筑結構剛度的均勻性，將剛度質(zhì)量中心與剛度中心完全整合在一起，避免出現中心偏移的情況，不斷提高工程結構的逆轉控制性能。同時(shí)，在對結構設計后需要保證簡(jiǎn)體結構整體抗側剛度比重在下部結構中上升，達到提高簡(jiǎn)體截面的控制效果，將工程結構抗震荷載性能控制在專(zhuān)業(yè)范圍內，提高結構抗震、防震性能，對高層建筑工程梁式轉換層結構質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化。
2．4轉換層計算
在對轉換層進(jìn)行設計前，必須要結合實(shí)際情況對各環(huán)節的所有數據參數進(jìn)行采集、計算與分析，最終形成統一的結構數據。各環(huán)節數據的計算分析結果直接決定了工程結構設計質(zhì)量，要求設計人員必須要嚴格按照受力變形狀況來(lái)進(jìn)行數學(xué)建模，利用信息技術(shù)與計算機技術(shù)完成各項三維立體空間的構建。例如在對數據進(jìn)行計算時(shí)，設計人員可以選擇有限元方法對轉換結構進(jìn)行局部補充與計算，完成各項整體之間的兩層結構模型計算，對各項模型條件做好相應的處理，保證所有模型數據均能夠滿(mǎn)足實(shí)際施工要求。
3、高層建筑工程梁式轉換層結構設計實(shí)例分析
3．1工程概述
以某高層建筑工程為例，工程主樓地上建筑35層，地下3層，裙樓地上為3層，地下2層，施工時(shí)將地下1層樓作為上面結構固定端，并將主要樓層作為一個(gè)剪力墻結構，把結構轉換層設置在固定端以上4層位置，使得結構轉換層支架模式變成梁式轉換層結構。轉換層標高20m，轉換層高為6m，轉換區域面積為900㎡，形成一個(gè)L格局。轉換層結構抗震等級為二級，設計活荷載為3.5KN/㎡，設置22根支柱結構，布置成矩形柱網(wǎng)絡(luò )結構，主要鋼筋為Ⅲ級鋼(HＲB400)，箍筋為的Ⅱ級鋼(HＲB335)，混凝土強度等級為C60，核心筒面積大約為48㎡。另外，墻結構設計厚度為350mm，但是實(shí)際施工后中間墻厚度≥200mm，并采用Ⅲ級鋼(HＲB400)來(lái)作為邊緣構建的縱向鋼筋結構。剪力墻鋼筋采用的Ⅱ級鋼(HＲB335)，混凝土強度等級為C50，框架支柱梁最大橫截面積為1100mm×2300mm，最大凈跨為7500mm，選擇用Ⅲ級鋼(HＲB400)為縱向鋼筋。
3．2梁式轉換層結構設計
(1)模板支撐系統。在設計模板支撐系統前，需要從安全角度出發(fā)，利用專(zhuān)業(yè)軟件以及人工組合的方式進(jìn)行精確計算，確定出滿(mǎn)足工程施工建設需求的安全參數，以及支撐鋼管的橫截面、跨度、空間間距等數據。另外，為提高結構施工的便利性，以及施工材料的利用效果，還需要做好模板裝拆卸便利性的分析。尤其是要做好安裝施工難點(diǎn)的分析設計，可以通過(guò)軟件來(lái)設計出隱藏的分支節點(diǎn)，提高結構設計的合理性。
(2)轉換大梁結構。高層建筑工程梁式轉換層結構的設計，需要對應實(shí)際結構功能需求來(lái)進(jìn)行相應分析。例如在對轉換大梁進(jìn)行設計時(shí)，需要對詳細計算結構受力數據，依照豎向荷載或者承托建筑結構上部剪力墻內容，來(lái)完成各項組件的構建，為建筑結構抗震設計打下堅實(shí)的基礎。另外，為提高工程各樓板之間的負載性能，必須要做好對結構剛度與強度的分析，確保工程結構豎向受力效果滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)設計要求。
(3)鋼筋下料與綁扎。對于轉換梁縱筋來(lái)說(shuō)，具有直徑大、排數多、數量多等特點(diǎn)，并且在施工時(shí)一般還需要進(jìn)行全長(cháng)加密處理，構造腰筋必須要嚴格按照受拉鋼筋錨固要求將其錨固在兩端柱子內，這就對鋼筋下料與綁扎環(huán)節的處理提出了更高的要求。設計時(shí)要求每一道梁式轉換層鋼筋放樣與所下材料完全滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)設計要求，并且要與設計方案對應。提前進(jìn)行簡(jiǎn)單布局的排列，確定出最符合實(shí)際要求的設計方案，最后在進(jìn)行相應的處理，避免下料處理后沒(méi)有按照既定規則來(lái)安置鋼筋，影響鋼筋綁扎效果，而對最后混凝土的振搗效果造成影響。
(4)轉換層計算。以提高結構設計合理性與有效性為目的，對轉換層各細節做好設計，改善局部分析的合理性與有效性。在進(jìn)行計算時(shí)可以選擇用平面有限元的方式，分析不同數據之間的影響，并結合以往經(jīng)驗來(lái)做好各影響因素的控制，按照工程樓層實(shí)際情況進(jìn)行計算。另外，為提高計算效果，還應對樓層平面內剛度實(shí)施三維空間盒子模型構建，提高模型數據與整體高層建筑梁式轉換層結構控制的有效性。在轉換梁截面計算時(shí)，如果轉換梁承托上部普通框架，在轉換梁常用截面尺寸范圍內，轉換梁受力基本與普通梁相同，可以按普通梁截面設計方法進(jìn)行配筋計算。
4、結束語(yǔ)
高層建筑梁式轉換層結構在設計施工時(shí)，往往會(huì )受到各項因素的影響，為提高其設計效果，必須要針對結構所具有的特點(diǎn)進(jìn)行分析，嚴格遵循專(zhuān)業(yè)設計原則，做好每個(gè)細節的控制，做好各項數據的計算，爭取不斷提高工程建設效果。
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