浅析高层建筑转换层结构设计的要点

发布时间：2022-10-05 10:06 热度：

　　【摘要】：目前带有转换层的结构高层建筑在我国应用较广泛。本文结合当前高层结构设计规范和设计标准，探讨一下带有转换层的高层结构的发展趋势和设计方法。本人根据多年对高层结构设计的工作经验来探讨一些关于带有转换层的高层结构形式，结构设计的要点和应该采取的想要措施，克服高层结构的扭转和转换的难题，使不规则的复杂高层建筑结构的整体设计满足规范要求，取得良好的效果。

　　【关键词】：高层结构、转换层、 结构形式、 设计原则、抗震设计

　　一、当前带转换层的高层建筑结构设计的发展趋势

　　带转换层高层建筑结构的发展趋势主要体现在以下几个方面：其一、钢骨混凝土在设计转换层的广泛应用。很多高层建筑结构转换层用来承受荷载的梁用的都是钢骨混凝土梁，因为钢骨混凝土梁不仅具有很高的承载力，而且刚度也比较好，一方面梁的截面尺寸可以大大的减少，另一方面其塑性、耐久性和抗震性能都优于普通的钢筋混凝土梁。其二、钢骨混凝土梁在高层建筑施工阶段本身的刚度较好，定位也比较准确，可大大的减少支模，加快施工进程。据我个人掌握的资料显示，目前，我国国内很少采用钢骨混凝土做实际的转换构件，但国外却普遍的采用此种形式。

　　预应力混凝土字高层转换层的应用极为普遍。因为采用预应力技术在梁的整体性能方面表现的非常优越，因此在结构和施工上带来很多优点，如减小截面尺寸、控制裂缝和挠度，控制工作阶段的裂缝宽度及减轻支撑负担等等。因此，预应力混凝土结构非常适合于建造承重荷载较大且跨度较大的转换层，且有自重轻，节省钢材和混凝土等优点。

　　二、 转换层的结构形式2.1转换层的主要结构形式

　　在《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ3- 2002)中，规范对转换粱的最小高度和宽度作了很明确的规定：框支梁截面的宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度且不宜小于其上墙体截面厚度的2倍，且不易小于400mm;当梁上有托柱时，尚不应小于梁宽方向的柱截面宽度。进行抗震设计时转换梁高不小于其跨度的1/6;非抗震设计时，转换梁高不小于跨度的1/8。

　　三、转换层设计原则

　　1、转换层的竖向布置

　　带有转换的高层结构可根据其建筑功能和结构传力的路径，可以沿高层建筑的高度方向一处或多处灵活布置;也可根据建筑的使用功能要求，在楼层某些局部布置相应的转换层，可根据自身的特点作为正常使用楼层，也可作技术设备层，在转换层的设计中应确保转换层具有足够的强度和刚度，保证竖向刚度不能过大。如果对大底盘多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房与塔楼的交接楼面处，并加大楼面转换梁、板的尺寸和厚度，目的是和上下楼层的刚度保持接近，以避免中间出现刚度特别小的楼层，进而地震对高层建筑的危害。若对部分框支剪力墙的高层建筑结构设计是，应特别注意转换层的设置位置，根据《高层建筑抗震设计规范》规定7度区不宜超过第5层，8度区不宜超过第3层。如果转换层位置超过上述规定时，应作专门研究并采取有效措施。

　　2、高层建筑转换层的结构布置

　　实验研究证明，底部的转换层设置的越高，转换层所在层上、下层刚度的变化也就越大，在荷载的作用下转换层上、下层内力传递途径的突变就越明显;除此之外，高层建筑转换层的位置越高，落地剪力墙或简体因受弯也就更加容易出现裂缝，从而使框支柱的内力增大，造成转换层附近上部墙体易于破坏。总而言之高层建筑转换层位置越高对建筑的抗震越不利。对于底部带转换层结构而言，转换层上部的部分竖向构件(如：柱、剪力墙等)久不能直接连续贯通落地，因此，这就要求建筑结构师在设计是必须设置具有更加安全可靠的转换构件。如果仅根据按现有的工程经验和理论结果，转换构件宜采用转换大梁、斜撑、箱形结构以及厚板等形式。对于带有大空间地下室的高层结构，因周围对整个建筑物有约束作用，地震反应小于地面以上的框支结构，故7，8度抗震设计时的地下室可采用厚板转换层。

　　四、高层结构转换层的抗震设计。

　　1、梁式转换层结构的设计与构造

　　由框支主梁承托转换层的次梁及次梁上的剪刀墙，其受力比较复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需要承受梁传下来的剪力，扭矩和弯矩，因此，主梁是最容易遭到破坏的。如果对建筑有严格抗震设防要求时，为了改善结构整体的传力途径和受力性能，提高建筑的抗震能力，所有在对结构平面布置时，可以将一部分剪力墙落地，与基础相连，使其与框支墙形成一个整体受力体系。

　　2、高层转换梁的设计与构造要求

　　在对转换梁转换梁截面尺寸设计时，是要根据剪压比的计算结果确定的，通常转换梁上不宜开洞，若必须开洞是，洞口的尺寸不能过大且宜位于梁中和轴附近，还需对洞口做加强措施，以增强局部抗剪能力。如果洞口四周的内力较大时，可采用型钢给予加强。规范规定转换梁用的混凝土强度等级不应低于C30。转换梁主筋在非抗震或6度设防时的最小配筋率是不低于0.3%且转换梁中主筋不宜有接头。

　　3、框支柱的设计与构造要求

　　框支柱截面尺寸也是根据其轴压比的计算确定的。但在地震作用时框支柱的内力需进行调整：抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩要乘以相应的放大系数，并按放大后的弯矩设计值进行配筋。根据最新规范要求，框支柱全部纵向钢筋配筋率，一级抗震时不小于1.2%，二级时不小于1.O%，三级时不小于0.9%、四级及非抗震设计时不小于0.8%。纵向钢筋间距抗震设计时不大于200mm，且不小于80mm，全部纵向钢筋配筋率不宜大于4%。

　　4、转换梁的截面设计方法

　　当前普遍应用的是应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析，根据有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，但在进行有限元分析前要假定不考虑混凝土的抗拉作用，因此拉力全部由钢筋承担。受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值的同时钢筋也达到屈服强度。

　　结束语：

　　五、结语

　　对于带有转换层的高层结构，转换层位置高度是影响其抗震性能的主要因素之一。当设计转换层位时应符合《高规》的各项专门规定。另外，在对复杂高层结构进行设计时，要灵活运用概念设计。在进行内力计算分析时，采用两种或两种以上不同的程序进行分析对比，保证结果的正确性和结构的安全。

　　参考文献：

　　[1] 沈蒲生.高层建筑结构设计.中国建筑工业出版社，2006

　　[2] JGJ 3-2002。高层建筑混凝土结构技术规程【S】.

　　[3] 吴秀水，王翠坤.建筑结构层刚度中心的计算.建筑科学，2006

　　[4] 黄吉锋，李云贵等.抗震计算中几个问题的研究.建筑科学，2007