高层建筑转换层结构设计要点分析

2016-03-16郭超邵宾

环球市场 2016年10期

关键词：柱网支柱楼层

郭超邵宾

驻马店市西平县建筑工程勘测设计室

高层建筑转换层结构设计要点分析

郭超邵宾

驻马店市西平县建筑工程勘测设计室

随着社会经济的不断发展，在建筑工程建设中提高转换层设计的科学性、合理性，能够极大提高我国建筑工程施工的质量，及推动我国建筑事业的快速发展。转换层在建筑工程施工中的大量应用，不仅能够确保工程施工的整体质量，还能延长工程的使用周期，实现企业发展的社会效益和经济效益。为此，本文主要对高层建筑转换层设计的概况、结构设计要点进行了分析与探究。

高层建筑；转换层；结构设计

随着我国现代化经济和社会的迅猛发展，建筑行业的发展也进入到了一个崭新的阶段之中。同时，相关行业经历了一个长时间的发展历程也逐步的成为了当前我国经济建设的核心力量。高层建筑方案常采用上部剪力墙小空间为主、底部大空间商业办公为主的设计理念，结构上表现为上部为剪力墙结构，下部为框架结构，两种相异的结构交汇催生了转换结构的诞生。常见的转换结构有梁式转换、大板转换，其中前者以其轻巧、经济广为设计师们采纳。

一、转换层设计的概况

1、概念

由于高层建筑结构下部楼层受力很大，上部楼层受力较小，正常的结构布置应是下部刚度大，墙体多、柱网密，到上部渐渐减少墙、柱的数量，以扩大柱网。这样，结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反。因此，为满足建筑功能的要求，结构必须进行“反常规设计”，即将上部布置小空间，下部布置大空间；上部布置刚度大的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置，就必须在结构转换的楼层设计水平转换构件，即转换层结构。

2、常用结构转换形式分析

梁式转换：梁式转换层是指在普通的现浇钢筋混凝土楼板上布置相应的托梁，以承载在上部楼层落空的各承重柱或剪力墙传来的荷载，一般多用于有大空间、大开间要求的底层结构。当需要纵、横双向同时进行结构转换时，应采用双向结构转换梁布置。

板式转换：当高层建筑结构的上下柱网、轴线相互之间存在较大错位，可考虑选择采用板式转换结构，以形成厚板式承台转换层，其下部楼层的柱网可以灵活布置。厚板转换结构多适用于上下楼层柱网极不规则的高层建筑结构转换，使得转换层上、下楼层的结构功能布置灵活。

桁架转换：在采用托柱形式的梁式转换结构时，当转换梁构件的跨度很大且上层传递的荷载较大时，可根据上下楼层柱网的轴线位置变化情况设置相应的桁架转换层进行结构转换，其有效克服了梁式转换和厚板转换形式存在的缺点，转换灵活，传力直接，减轻了梁构件的剪力负担，是一种可在超高层建筑结构转换工程中推广应用的结构转换形式。

3、设计原则

转换层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，对结构抗震不利，故采用转换层结构设计时应遵循以下原则：尽可能减少需结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，转换结构越少，转换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震更有利，转换层结构在高层建筑竖向的位置宜低不宜高。优化转换层结构，选择具有明确传力路径的换层结构型式，以便于结构分析设计和保证施工量，在满足建筑物安全和经济要求的前提下，转换刚度宜小不宜大。

二、高层建筑转换层结构设计要点分析

1、框支柱

为了保证结构具有足够的延性，框支柱的轴压比要严格控制，这使得框支柱比一般的框架柱有更大的延性和抗倒塌性能。框支柱轴压比：μN = Nmax/（fcbh0）

式中： Nmax —框支柱最大组合轴力设计值（包括地震作用下轴力调整）；

fc —框支柱混凝土抗压强度设计值；

b —框支柱截面的宽度；

h0 —框支柱截面的有效高度。

一级抗震时，框支柱的轴压比控制在0.7 以下；二级抗震时，应该控制在0.75 以下；三级抗震时，控制在0.8 以下；非抗震设计时，控制在0.85 以下。箍筋沿柱全高加密并采用复合箍筋，且不少于Ф10 @100。框支柱应有部分纵筋伸至框支梁以上的墙体内，延伸长度等于层高以加强上下层的可靠连接。

2、框支梁

因为框支梁的受力很大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，而且是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂的受力构件，故设计时应设有较多冗余储备。宜在结构整体计算后，按有限元方法进行详细分析，分析和试验结构表明，在竖向荷载和水平荷载作用下，框支梁大多数情况下为偏心受拉构件，并承受很大的剪力，因此《高层建筑混泥土结构技术规程》规定了对框支梁截面高度的设计要求及框支梁截面组合的最大剪力设计值的限制条件。

3、楼板

由于结构上部的水平剪力要通过转换层传到下部结构，转换层楼面在其平面内受力很大，楼板变形显著，因此要适当加厚转换层楼面，建议采用厚度不小于180mm 的现浇板，这样有利于转换层在其平面内进行剪力重分配，并加强转换大梁的侧向刚度和抗扭能力，也可使实际情况更符合结构整体计算中楼层刚度无限大的基本假定。而且混凝土强度＞ C30 ，并采用双向双排钢筋网，每排钢筋的配筋率＞0.25 % ，必要时，转换层混凝土加1 %的钢纤维则抗力效果更佳；它不仅可以使同一等级的混凝土抗剪强度提高45 % ，而且可以有效的提高混凝土的抗裂性能。

4、轴压比与落地剪力墙之间的距离设计

实际的施工工程中不难发现，框支柱在垂直或者是水平荷载的作用下的弯矩和剪力是比较小的，它的力主要是轴压力，因此，就必须要对轴压力进行严格控制管理。在进行建筑物的抗震性能方面考虑时，在轴压比方面的要求是要控制在0.6以下。对于落地剪力墙的间距控制方面，应该根据实际的工程需要，选用较厚的楼板，要保障楼板的厚度大于200mm，而且还要加大对楼板的开洞数控制力度，采用双向双面钢筋，在楼板的板角处还要增加斜筋，这样做的目的就是如果出现地震时，会造成建筑的转换层剪力改变，增加了自身平面内的压力，只有确保了落地剪力墙的间距合理，才可以提高建筑的抗震性能。