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摘要：作為高層建筑的重要組成部分，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量對于整個建筑的安全與穩(wěn)定效果有著直接的影響。在高層建筑項(xiàng)目中，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)發(fā)揮著承上啟下的作用，同時該結(jié)構(gòu)也是建筑的核心組成部分。此外，因?yàn)檗D(zhuǎn)換層在跨度方面一般較大，因而結(jié)構(gòu)還要具備一定的豎向承載能力。由于結(jié)構(gòu)的受力形式有著復(fù)雜性的特點(diǎn)，同時力的傳導(dǎo)不直接、不規(guī)則，上述問題都需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)的研究。本文先對轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與形式進(jìn)行探討，并進(jìn)一步研究其在高層建筑中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高層設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1引言

現(xiàn)階段，城市中建筑項(xiàng)目的高度逐步增大，因而轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)質(zhì)量對于高層建筑的整體設(shè)計(jì)效果有著重要的影響。具體設(shè)計(jì)工作中，要對建筑項(xiàng)目的具體狀況進(jìn)行全面分析，選取合理的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式，對關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行把控，提高轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2轉(zhuǎn)換層的基本概念與功能分析

2.1轉(zhuǎn)換層的基本概念

在開展高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時，為了能夠滿足居民對于房屋住所的不同需求，往往需要為建筑項(xiàng)目預(yù)留更大的內(nèi)部空間，同時還要對建筑工程的網(wǎng)柱進(jìn)行擴(kuò)大，盡可能降低墻體的數(shù)量。但是，對于高層建筑工程而言，其在上層結(jié)構(gòu)中需要開設(shè)相對較小的空間。為達(dá)到這一目的，就需要設(shè)計(jì)多層墻體。在進(jìn)行整個建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時，由于建筑內(nèi)部的豎向桿件不能上下貫通，因而不能滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體效果與功能方面的需求。這一過程中，通過轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能夠有效解決上述問題，進(jìn)而可以滿足建筑項(xiàng)目在功能方面的各種需求，通常將這一高層建筑結(jié)構(gòu)稱之為轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。

2.2轉(zhuǎn)換層的功能分析

由于功能方面存在較大的差異，因而設(shè)計(jì)工作中可以將轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)細(xì)分為3種不同的類型：①上、下層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。對于這一轉(zhuǎn)換形式而言，往往在剪力墻結(jié)構(gòu)中有著相對廣泛的應(yīng)用，此外在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)也有著一定的應(yīng)用。該類轉(zhuǎn)換層能夠?yàn)榻ㄖ?nèi)部提供較大的使用空間與面積；②通過對轉(zhuǎn)換層的上、下層的柱網(wǎng)做出優(yōu)化，同時對結(jié)構(gòu)的軸線做出相應(yīng)的改變，就能使得建筑的下層結(jié)構(gòu)形成一個大柱網(wǎng)，進(jìn)而達(dá)到結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的目的。一般來說，這一類型的轉(zhuǎn)換層主要用在外框筒的下層入口應(yīng)用較為廣泛；③通過對結(jié)構(gòu)的軸線以及形式做出轉(zhuǎn)換，進(jìn)而達(dá)到結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換目的。

3高層建筑常用的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式以及特點(diǎn)研究

3.1梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，設(shè)計(jì)施工過程中作為常見的就是梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)這一形式。對于該結(jié)構(gòu)而言，通常在垂直轉(zhuǎn)換中用到。在該結(jié)構(gòu)中，力傳導(dǎo)的過程中主要借助于上、下部墻以及轉(zhuǎn)換梁等構(gòu)造。之所以該結(jié)構(gòu)能夠得到廣泛的應(yīng)用，主要是由于其傳力直接、明確。此外，該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還能降低工程造價(jià)，同時在計(jì)算、分析過程中也相對簡便。需要注意的是，轉(zhuǎn)換梁的截面高度需要維持在0.8~6m左右。3.2箱式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)對于箱式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)來說，它的構(gòu)成主要包含兩部分單向托梁以及雙向托梁，并且設(shè)計(jì)中要將托梁與上、下層的樓板進(jìn)行整體性澆筑，進(jìn)而使二者形成一個有機(jī)整體。此外，箱式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)也有著突出的優(yōu)勢，比如的結(jié)構(gòu)的剛度相對較大，并且整體性較為突出。3.3板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中要將其做成厚板結(jié)構(gòu)，最終形成板式轉(zhuǎn)換層。設(shè)計(jì)中由于需要對建筑的抗剪、抗沖切強(qiáng)度進(jìn)行考慮，因而轉(zhuǎn)換板的厚度相對較大，轉(zhuǎn)換板的厚度往往會控制在2.0~2.8m之間。但是，在進(jìn)行板式轉(zhuǎn)換層下層柱的設(shè)計(jì)工作時，可以進(jìn)行靈活布置，但由于結(jié)構(gòu)自重較大，因而對于材料的消耗量較大，并且施工難度顯著增加。

3.4桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

一般來說，桁架結(jié)構(gòu)根據(jù)形式的不同，可以細(xì)分為兩種不同的類型：①空腹桁架；②實(shí)腹桁架。與梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)不同點(diǎn)是，這一類型的結(jié)構(gòu)在受力方面更加明確，并且可以提供更大的使用空間。此外，結(jié)構(gòu)的自重相對較小，有著良好的抗震性能。但是，由于該結(jié)構(gòu)有著一定的復(fù)雜性，因而設(shè)計(jì)工作難度較大，尤其在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)工作時，需要引起設(shè)計(jì)人員的重點(diǎn)關(guān)注。具體設(shè)計(jì)工作中，要嚴(yán)格遵循“強(qiáng)斜腹桿、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”的重要原則。另外，在節(jié)點(diǎn)位置處，受力狀態(tài)較為復(fù)雜，并且容易出現(xiàn)剪切脆性破壞等問題。因而，設(shè)計(jì)時要注重配筋計(jì)算。采用這一轉(zhuǎn)換層，還存在著施工不便、桁架轉(zhuǎn)換性能受限等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)建筑的具體狀況合理選用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式。

3.5斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

由于斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)應(yīng)用時會出現(xiàn)較大的水平荷載，因而具體設(shè)計(jì)工作中要與建筑項(xiàng)目的平面布置設(shè)計(jì)一同考慮。同時，設(shè)計(jì)中可以借助圈梁、拉梁，確保受力的平衡。此外，設(shè)計(jì)中應(yīng)確保轉(zhuǎn)換斜柱盡可能的穿過較多樓層，這樣一來能夠降低上下樓層水平力作用的影響，進(jìn)入提高轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的效果。

3.6巨型框架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的不斷完善與大量施工經(jīng)驗(yàn)積累，框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層應(yīng)運(yùn)而生。目前，巨型框架已經(jīng)成為了轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的一個重要方向，其主要由兩部分組成：豎向筒體、巨型梁。該結(jié)構(gòu)有著優(yōu)異的抗震性能，并且能夠滿足超高層建筑對轉(zhuǎn)換層的性能需求。

4高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用分析

4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置

設(shè)計(jì)時，因?yàn)樨Q直方向上的鋼筋混凝土構(gòu)件無法達(dá)到上下貫通的效果，因而設(shè)計(jì)的首要任務(wù)就是進(jìn)行轉(zhuǎn)換構(gòu)件形式的選擇，確保建筑結(jié)構(gòu)有著良好的穩(wěn)定性能。此外，在豎向構(gòu)件的布置時也要具體情況具體分析。一般來說，轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中常用到的轉(zhuǎn)換構(gòu)件主要包含以下幾種：①就是轉(zhuǎn)換大梁以及桁架、空腹桁架結(jié)構(gòu)；②由于不同的高層建筑在結(jié)構(gòu)方面存在較大的差異，因而設(shè)計(jì)工作中要合理應(yīng)用斜撐、箱形以及厚板結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)過程中，如果選用筒體結(jié)構(gòu)作為高層建筑工程的轉(zhuǎn)換形式，那么要確保內(nèi)筒貫通落地。為確保結(jié)構(gòu)的安全性，往往在設(shè)計(jì)時要對墻壁結(jié)構(gòu)的厚度進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾印Ｍㄟ^進(jìn)行上述的改進(jìn)工作，可以確保筒體結(jié)構(gòu)在剛度和整體性方面滿足安全性方面的要求。與筒體結(jié)構(gòu)相同的是，在對框架剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，也需要按照上述要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)貫穿落地，并且要對墻壁做出加厚處理。

4.2模板支撐設(shè)計(jì)

在進(jìn)行梁板支撐的選擇時，要對建筑結(jié)構(gòu)做出相應(yīng)的分析。由于高層建筑的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)有著較高的復(fù)雜性，并且梁柱內(nèi)部的鋼筋分布相對密集，對于混凝土、鋼筋的消耗量較大，因而對于模板的承重要求較為嚴(yán)格。通過對轉(zhuǎn)換層的受力狀況進(jìn)行分析之后，可以選擇合理的模板支撐系統(tǒng)，確保支撐結(jié)構(gòu)的承載力與自身穩(wěn)定性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.3過渡設(shè)計(jì)與防震設(shè)計(jì)

通過分析可以看出，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)由于受到結(jié)構(gòu)形式以及梁柱構(gòu)造等因素的影響，其受力狀況大多比較復(fù)雜。一方面，該結(jié)構(gòu)要能承受整座建筑的總體重量，另一方面還要起到功能轉(zhuǎn)換的重要作用。因而，一旦設(shè)計(jì)工作不達(dá)標(biāo)，或者轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)工作存在不合理的問題，那么將對建筑整體的抗震效果造成嚴(yán)重的威脅。同時，由于轉(zhuǎn)換層需要滿足相應(yīng)的跨度要求，并且在截面上也較大，因而設(shè)計(jì)工作中要對轉(zhuǎn)換層的合理過渡設(shè)計(jì)引起重視，這也是轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的一個要點(diǎn)。“強(qiáng)柱弱梁”思想的應(yīng)用，能夠有效岱山高層建筑的抗震效果，這也是近幾年來設(shè)計(jì)人員所常用的設(shè)計(jì)思想。

4.4鋼筋設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)工作中，需要重點(diǎn)對鋼筋的綁扎次序引起重視，同時還要確保鋼筋的制作尺寸能夠滿足建筑的受力方面都要求。需要注意的是，設(shè)計(jì)過程中要做好鋼筋間的避讓，不斷提高鋼筋穿插的合理性效果。一般來說，由于梁柱節(jié)點(diǎn)位置處的鋼筋相對密集，在含鋼量方面急劇增加。同時，這一位置處的主筋相對較長，一些轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)工作中往往會用到工字鋼，因而要做好鋼筋間的避讓設(shè)計(jì)。此外，在次序的設(shè)計(jì)過程中，要根據(jù)建筑工程的實(shí)際狀況合理設(shè)計(jì)鋼筋的綁扎順序，對于鋼筋的制作尺寸進(jìn)行仔細(xì)的研究，在確保安全性的前提下，盡可能降低工程造價(jià)。

4.5落地剪力墻設(shè)計(jì)

洞口結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)過程中常用到的問題，在進(jìn)行設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，要對洞口的布置進(jìn)行嚴(yán)格的把控，一般來說要將洞口設(shè)計(jì)在墻體的中部位置。此外，設(shè)計(jì)時還要對落地剪力墻之間的間距進(jìn)行研究，非抗震狀態(tài)下間距要控制在36m之內(nèi)；在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)工作中，其間距也要控制在20~24m之間。

5結(jié)束語

轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)在高層建筑設(shè)計(jì)中發(fā)揮了極其重要的作用，具體設(shè)計(jì)工作中，首先要對高層建筑的實(shí)際情況與抗震等級進(jìn)行分析，之后再選用合理的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算工作中要對多方因素進(jìn)行整合與分析，有效提高轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)工作的合理性，確保整個高層建筑工程的安全穩(wěn)定效果。

參考文獻(xiàn)

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作者：霍泳琴 單位：廣州南方建筑設(shè)計(jì)研究院