摘要：高層建筑中，轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程，筆者介紹了鋼筋混凝土梁轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)心得體會(huì)，主要包括結(jié)構(gòu)選型、設(shè)計(jì)原則、構(gòu)造措施、結(jié)構(gòu)計(jì)算。
　　關(guān)鍵詞：高層建筑、轉(zhuǎn)換層、設(shè)計(jì)、措施
　　
　　
　　1工程概況
　　某大廈建筑高度為39m，地上部分共12層，地下室層高4.5m，一、二層為商業(yè)用房，層高4.5m，三至十三層為住宅；層高為3m。此工程為商住合一的高層建筑，由于不同的用途需要不同的空間組合形式，因此，首層除了主體中間部分(電梯閭、樓梯閭等公共部分)布置成落地剪力墻核心筒，其他部分均不能采用框架結(jié)構(gòu)體系。因此，必須在二層頂采用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的方法過渡為框架結(jié)構(gòu)形式。
　　2梁式轉(zhuǎn)換層特點(diǎn)
　　梁式轉(zhuǎn)換層中的轉(zhuǎn)換大梁一般很大，可以達(dá)到一兩個(gè)樓層高，甚至更高。帶有轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換層大梁一般有如下特點(diǎn)：
　　(1)在荷載作用下，大梁與支承柱連結(jié)處應(yīng)力高度集中，容易引起震害，在抗震方面常要進(jìn)行專門的構(gòu)造處理；
　　(2)轉(zhuǎn)換層大梁要承受上部若干層傳下的巨大荷載，或懸掛下部多層重力，使得大梁的內(nèi)力很大，因此，豎向荷載成了控制大梁設(shè)計(jì)的主要因素之一；
　　(3)為了保證轉(zhuǎn)換層有足夠的強(qiáng)度和剛度，致使轉(zhuǎn)換層不可避免地高而大，梁的截面尺寸大，多少會(huì)影響該層的使用空間，自重大，耗費(fèi)材料多，造價(jià)昂貴；
　　3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　3.1結(jié)構(gòu)選型
　　結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的類型很多，對于此工程來說，如果采用厚板轉(zhuǎn)換存在以下問題：轉(zhuǎn)換厚板的混凝土及鋼材用量都很大，增加投資成本，并且施工難度大；受力情況復(fù)雜，計(jì)算過程繁瑣。如果選用箱形轉(zhuǎn)換，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)整體性好，不管上部結(jié)構(gòu)布置多么復(fù)雜，仍能保證上、下豎向構(gòu)件的有效傳力。但是從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度考慮，內(nèi)力分析較為復(fù)雜，轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的技術(shù)儲(chǔ)備不足，難度相對較大，且施工難度也大。梁式轉(zhuǎn)換層優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為設(shè)計(jì)和施工簡單，轉(zhuǎn)換構(gòu)件受力明確，經(jīng)濟(jì)合理性強(qiáng)。內(nèi)部空間自由暢通，滿足管線布置要求，在轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)受力較小的部位可以開洞口，容易滿足建筑對功能的要求。
　　3.2設(shè)計(jì)原則
　　高層建筑中轉(zhuǎn)換層的設(shè)置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時(shí)在轉(zhuǎn)換層上下容易形成薄弱環(huán)節(jié)，對結(jié)構(gòu)抗震不利，故轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：
　　(1)為防止沿豎向剛度變化過于懸殊形成薄弱層，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮使上、下層剛度比≤2，盡量接近l。這樣才能保證結(jié)構(gòu)豎向剛度的變化不至于太大，使上柱有良好的抗側(cè)力性能，減少豎向剛度變化，有利于結(jié)構(gòu)整體受力。上下層剛度比計(jì)算式如式l所示。
　　
　　式中：Gi、Gi+l——第i、i+l層混凝土剪變模量；
　　Ai、Ai——第i、i+l層折算抗剪截面面積(A=Aw+0.12AC)；
　　AW——在所計(jì)算的方向上剪力墻的全部有效截面面積；
　　Ac——全部柱的截面面積；
　　hi、hi+l——第i、i+l層的層高。
　　(2)盡可能減少需結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，直接落地的豎向構(gòu)件越多，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)越少，轉(zhuǎn)換層造成的剛度突變就越小，對結(jié)構(gòu)抗震更有利。
　　(3)設(shè)計(jì)中應(yīng)保證轉(zhuǎn)換層有足夠的剛度，一般應(yīng)使梁高度不小于跨度的1/6，才能保證內(nèi)力在轉(zhuǎn)換層及其下部。構(gòu)件中分配合理，轉(zhuǎn)換梁、剪力墻柱有良好的受力性能，能較好地起到結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換作用。
　　3.3構(gòu)造措施
　　首先對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，采用必要的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施是保證抗震設(shè)防要求的重要手段。本工程采用了以下一些構(gòu)造措施：
　　(1)加強(qiáng)底部框支層的剛度和延性。根據(jù)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比值在抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于2。為了減小上下層剛度比，底部兩層核心筒及剪力墻厚度為300mm，3層以上為200mm；混凝土等級C40，3層以上C35~C25。由于核心筒位置較偏，北向剛度較大，因此在底部南邊位置適當(dāng)部位增設(shè)了短肢剪力墻，使剛心和質(zhì)心盡量重合，也提高了底部剛度，使其滿足剛度比限值。
　　(2)加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層樓板的剛度及延性，確保水平荷載的可靠傳遞，樓板厚度取為180mm，雙層雙向配筋，每層每方向的配筋率為0.25％，加強(qiáng)了整體性。
　　(3)短肢剪力墻盡量布置在框支柱上，避免在框支柱間設(shè)置剪力墻，墻肢可以長一些，這樣大幅度降低了轉(zhuǎn)換大梁的彎矩，同時(shí)也降低梁高和配筋。選用形式上盡量采用L型、T型，避免使用一字型。
　　(4)為加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層的整體協(xié)調(diào)能力，在轉(zhuǎn)換層樓面上周邊及內(nèi)部非門洞口的地方做一些矮墻，墻高伸至窗臺(tái)底面。作為一種安全儲(chǔ)備，在計(jì)算中未考慮該段墻。
　　3.4結(jié)構(gòu)計(jì)算
　　對于高層結(jié)構(gòu)的分析，合理選擇計(jì)算軟件非常重要，它直接影響結(jié)果的精度和可靠度。本工程選用以墻元模型模擬剪力墻的SATWE空間有限元軟件。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步選定轉(zhuǎn)換梁截面，用SATWE進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，得到轉(zhuǎn)換梁所受設(shè)計(jì)剪力后，按照該值不大于0.15fcbh/0.85校核截面尺寸。對轉(zhuǎn)換梁不僅有強(qiáng)度要求，也有剛度要求。本工程轉(zhuǎn)換層的層高為4.45m，轉(zhuǎn)換梁的最大跨度為6.5m，大梁截面尺寸為450mm×1400mm，400mm×1400mm，450mm×1100mm。梁寬度不小于上部墻體厚度(200mm)，梁高度大于梁跨度的i/6，均滿足要求。根據(jù)軸壓比確定框支柱主要截面尺寸：700mm×900mm，900mm×900mm，850mm×850mm。
　　對于復(fù)雜高層建筑，需要考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)，計(jì)算中還要考慮模擬施工加載，計(jì)算發(fā)現(xiàn)梁一次加載在結(jié)構(gòu)的大部分位置配筋均多于分層加載配筋。采用SATWE整體分析求出結(jié)構(gòu)項(xiàng)點(diǎn)位移、層間相對位移、有效質(zhì)量系數(shù)（見表1）。由于設(shè)置次梁轉(zhuǎn)換，使結(jié)構(gòu)處于復(fù)雜的空間受力狀態(tài)，現(xiàn)有程序不能正確反映其受力，因此在整體分析的基礎(chǔ)上，取其內(nèi)力進(jìn)行人工配筋校核。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)傳遞給轉(zhuǎn)換層的荷載，用FEQ對轉(zhuǎn)換層本身及其上下幾層進(jìn)行平面有限元分析，對于轉(zhuǎn)換梁、框支柱在整體計(jì)算的基礎(chǔ)上，采用平面有限元框支剪力墻計(jì)算軟件FEQ進(jìn)行局部有限元精確分析，并按應(yīng)力校核配筋。對于短肢剪力墻的分析計(jì)算，可以參考相關(guān)文獻(xiàn)，另外對于一些結(jié)構(gòu)構(gòu)件采取以下構(gòu)造措施：
　　(1)框支梁的支座處及上部墻體開門洞附近剪力均較大，箍筋應(yīng)加密配置；當(dāng)洞口靠近梁端時(shí)，也可采用梁端加腋提高其抗剪承載力，并加密配箍。
　　(2)對于二次轉(zhuǎn)換梁，集中荷載引起應(yīng)力更加復(fù)雜，在相應(yīng)梁端處增設(shè)加腋，作為抗剪的安全儲(chǔ)備。如19軸線梁在c軸兩側(cè)各有一個(gè)二次轉(zhuǎn)換梁，采用巨型加腋。
　　(3)框支層上剪力墻洞口上部的連梁，設(shè)計(jì)上要保證強(qiáng)剪弱彎，在連梁內(nèi)充分配筋，配置交叉斜筋，保證梁內(nèi)塑性絞的出現(xiàn)。
　　

　　4結(jié)語
　　通過實(shí)例分析并結(jié)合設(shè)計(jì)原則，可以得到以下幾點(diǎn)：
　　(1)設(shè)計(jì)梁式轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，一方面，應(yīng)陔掌握相關(guān)理論，運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的方法，這是設(shè)計(jì)工作中解決原則問題的良好方法，在掌握概念設(shè)計(jì)的前提下，再用計(jì)算去驗(yàn)證概念設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)一步提高。另一方面，合理的結(jié)構(gòu)平面和豎向布置可以從整體上形成良好的抗震體系，保證建筑物的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
　　(2)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，要概念明確，思路清晰，利用適合梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)分析的空間或平面有限元程序進(jìn)行計(jì)算，工作量并不會(huì)很大，而且對某些結(jié)果再進(jìn)行調(diào)整也可使其更為理想。
　　(3)對于有二次轉(zhuǎn)換梁的轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換次梁的設(shè)置不但減小了轉(zhuǎn)換主梁的剪跨比，而且因荷載經(jīng)多次轉(zhuǎn)換傳遞，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換主梁在剪跨比較小區(qū)段較早出現(xiàn)剪切破壞，次梁正交部位截面應(yīng)變分布復(fù)雜，梁端易出現(xiàn)裂縫，且轉(zhuǎn)換主梁在水平荷載作用下易產(chǎn)生較大扭矩，因此應(yīng)盡量避免二次轉(zhuǎn)換，有主次梁的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)還有待進(jìn)一步深入研究。
　　總之，在帶有梁式轉(zhuǎn)換層的高層建筑設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，更是不同形式結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)不斷研究和進(jìn)行方案比較，在可能的情況下做出較優(yōu)的技術(shù)方案才能實(shí)現(xiàn)安全、適用、經(jīng)濟(jì)等綜合目標(biāo)。
　　
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