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浅论高层建筑转换层结构设计要点及措施

发布时间:2020-08-19 08:33:22 点击量:

  在现代建筑工程中通常采用转换层来满足不同用户的使用需求,这也是高层建筑发展的必然趋势。文章主要对高层建筑转换层结构设计要点及措施进行了分析探讨。

  关键词:高层建筑;转换层;结构设计

  引言

  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。
 

浅论高层建筑转换层结构设计要点及措施(图1)


  1高层建筑转换层结构概述

  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。按照转换层结构功能的不同,一般可分为以下三类:建筑上、下部分之间结构类型的转换,此类建筑上部和下部采用的结构形式不同;建筑上、下部分之间的柱网尺寸不同,这种建筑虽然上下部分的结构类型相同,但通常需要通过转换层,扩大其下部结构的柱距,以形成大柱网;同时具备转换结构和扩大轴线尺寸的混合形式。由于转换层结构构件部件要承受来自上部的巨大竖向荷载,而且其结构构件的数量较为复杂,而为了确保建筑转换层结构具有较强的刚强度,就必须加强对其的设计。所以就建筑转换层结构设计来看,其不仅需要考虑的因素较多,而且对设计人员的经验、专业技术提出了更高的要求,尤其是在建筑结构中设置转换层,此时顺着建筑物高度方向的刚度在均匀性方面就会受到较大的影响,导致力在传递土方上出现巨大改变,所以其往往是不规则的竖向结构,所以其不能按照常规的节后进行设计和施工,而这就需要紧密结合竖向不规则的结构类型进行针对性的设计,所以其在建筑结构设计中显得尤为重要,因而必须引起设计人员的高度重视。

  2高层建筑转换层结构设计要点

  2.1梁式转换层设计

  作为在建筑设计中的转换层结构设计中最为常用的一种结构设计模式,其在高层建筑转换结构中占到了大约80% 以上的比例,并且具有受力清晰、构建简单、方便施工的优点。但是在该类型的转换层设计时,应注意上下结构布置的优化协调,从而确保整个建筑结构的稳定性。比如在进行相对高度较高的结构设计时,剪力墙的内力和刚度以及传力途径会发生一定程度的改变,会使之成为较为薄弱的部分层,一定程度上对建筑结构的抗震性能产生了影响。所以在施工设计过程中应尽量减少转换的构件,多采用非转换的钢筋混凝土形式,避免转换构件的过度集中的情况出现,从而做到竖向刚度的均匀合理,以保证转换层施工和整体建筑的施工质量。

  2.2桁架式转换层设计

  桁架式转换层主要用于建筑不同功能区域上下部的连接,是由多榀钢筋混凝土桁架组合而成的一种承重结构。一般情况下桁架的下杆的截面面积较小并且高度较高,所以这一结构形式的施工难度较大且工序较为复杂。在具体施工设计过程中,应对转换层的内部结构进行综合分析,并对其受力情况进行分析计算,从而保证设计符合建筑质量要求。

  2.3厚板式转换层设计

  厚板式转换结构虽然具有布置灵活、不需要正对下层结构的优点,但是其在施工设计过程中多需要的材料耗费较大,所以如果在采用厚板式转换层结构时,应注意对其受力角度的分析,适当的加强其配筋量,同时也可以从抗剪力和抗冲切力的角度出发,减轻其受力程度,对其内力以及配筋量进行合理准确的计算,并从其经济效益出发对其进行综合考虑。

  3高层建筑转换层结构设计优化措施

  3.1配筋和转换梁方面

  在配筋方面,进行设计时,要牢牢把握支座负弯矩衰减迅速的特点,把钢筋全部深入并牢固在支座上,规避弯筋的选择,梁的跨度较小时可以用拉通建筑上层支座负筋。沿梁较高的间距要保持在200mm 以下,直径要大于16 的腰筋。在转换梁方面,要对转换梁内部受力大小情况进行综合的分析,还要注意对转换梁与上部的完全共同分析结果进行分析。根据实际的施工证明可以发现,把转换梁作为深梁的受拉翼缘,能够取得更佳的效果。

  3.2刚度方面

  转换层上下刚度的确保和选择也是在建筑转换层结构设计中较为重要的环节,对于刚度的控制一定要合理,保障上下刚度之间的刚度变化波动不会太大。在进行结构设计时,可以很据相关规范,把上下层刚度的变化率控制在1 附近,不能超过2,这样是最好的设计。另外,为了确保转换层的上下层刚度,进一步提高空间层的刚度,可以采取对落地墙加厚的措施、把洞口的大小减小或者是加设补偿剪力墙,此外,在混凝土方面,采取高强度的混凝土也可以达到这一目的。

  3.3空间设计方面

  从我国大多数的高层建筑施工设计来看,绝大多数的建筑内部关于转换层结构的设计都是把转换层设置在建筑中的2—3层的位置,设备转换层大致是在较低的4—5 层的位置,这是最为合适的位置。在这个位置,不仅可以对建筑内部空间的利用起到最大化、高效率的利用,而且也确保了上下层有了合理的衔接。如果转换层的设置和设备转换层的设置是在同一位置,而且高度也较高的地方,会造成空间的不合理利用,对建筑整体的预期效果起到不利影响;如果转换层设置的位置较为偏低的话,则会导致侧移刚度和扭转刚度的增加,对于整体建筑的预期效果也是不利的。

  3.4建筑转换层结构抗震设计

  为了在抗震设计中确保其安全性,当框支剪力墙的结构转换层所设置的位置为三层之上时,那么对于剪力墙的底部和框支柱的加强部位,在对其地震等级进行确定时,一般应按照规定将其提高一级。与此同时,由于转换层属于薄弱层,所以在对其地震剪力的增大系数时,应为普通增大系数的1.15倍,切勿认为侧向刚度满足要求的楼层不属于薄弱层。在计算转换层的转换构件带来的水平地震作用时,应将其内力增大,若为8度抗震设计,就应考虑竖向地震作用所带来的影响。而转换构件竖向的地震作用的计算,则应采取反应谱方法进行计算,有时也可以采取动力时程分析法进行计算,还可以把将处于重力荷载标准下作用的转换构件的内力与增大系数的1.1倍相乘得出。由此可见,转换层结构不仅受力复杂,而且抗震性较差,所以必须在抗震设计中切实加强对其的提升,若建筑的抗震设计为9度,那么其就不适合设置转换层。所以应紧密结合设防的烈度以及结构和构件的类型,以及建筑的高度,针对性的对其抗震等级进行计算,并采取有效的构造措施,才能最大化的确保抗震设计的安全性。

  3.5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。

  结语

  建筑转换层结构的设计要点分析是一项综合而且是具有一定技术性的活动。施工者要从建筑整体性出发,对转换层结构的设计做综合全面的分析,把涉及到的各方面因素严格控制,合理选择设置位置,从而确保转换层结构的功能最大化发挥。

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