高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計要點探析

1、<p>　　高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計要點探析</p><p>　　摘要：近年來，由于建筑使用功能和使用舒適需要，比如住宅中上部采用剪力墻結(jié)構(gòu)，底部需要大空間的架空層，因而要對豎向構(gòu)件進行部分轉(zhuǎn)換，而梁式轉(zhuǎn)換由于其受力直接明確、施工簡單可靠應用最為廣泛，本文根據(jù)實際工程設計經(jīng)驗，首先介紹了梁式轉(zhuǎn)換層設計的原則，然后探析了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計要點，最后提出了設計的注意事項。 </p><

2、p>　　關鍵詞：梁式轉(zhuǎn)換層，結(jié)構(gòu)設計。 </p><p>　　中圖分類號：TU318文獻標識碼： A 文章編號： </p><p>　　一、梁式轉(zhuǎn)換層設計的原則 </p><p>　　高層建筑物的剛度因為建筑轉(zhuǎn)換層的設置而導致發(fā)生突變,轉(zhuǎn)換層上下在水平地震荷載作用下易形成薄弱環(huán)節(jié), 最常見的是發(fā)生側(cè)向剛度突變和樓層受剪承載力突變，因此高層建筑在進行轉(zhuǎn)換層設計時

3、, 應充分考慮以下幾個基本原則: </p><p>　　1.1為了計算分析設計和施工實施的便利, 選擇轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式及布置轉(zhuǎn)換構(gòu)件時應具有明確傳力路徑，盡量采用主梁直接轉(zhuǎn)換，少用二級次梁轉(zhuǎn)換，避免三級次梁轉(zhuǎn)換; </p><p>　　1.2為了控制發(fā)生突變的結(jié)構(gòu)剛度變化量，需進行轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件盡可能減少，轉(zhuǎn)換構(gòu)件的分布也不要過于集中; </p><p>　　1.3轉(zhuǎn)

4、換層設計的剛度能夠滿足建筑物安全和經(jīng)濟即可, 不需要設置過大; </p><p>　　1.4在充分保證建筑物使用要求的基礎上, 盡量降低建筑中轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)高度, 從而提高整體建筑穩(wěn)定性能。減少轉(zhuǎn)換層高度亦對減少剛度突變的影響有很大好處。 </p><p>　　二、梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計要點 </p><p>　　2.1 轉(zhuǎn)換梁的截面設計 </p><

5、p>　　普通梁截面設計方法。直接取用高層建筑結(jié)構(gòu)計算分析程序(如PKPM 系列、midas Building等)計算出的轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力結(jié)果，按普通梁進行受構(gòu)件承載力計算。 </p><p>　　偏心受拉構(gòu)件截面設計方法。在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》中，規(guī)定"框支梁為偏心受拉構(gòu)件，按《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》規(guī)定設計，即偏心受拉構(gòu)件進行截面設計。 </p><p>　　按偏心受拉

6、構(gòu)件進行截面設計的關鍵是如何將有限元分析得到的轉(zhuǎn)換梁截面上的應力換算成截面內(nèi)力，但這是一種比較麻煩的事情。分析表明，根據(jù)轉(zhuǎn)換梁的截面內(nèi)力(M,N)按偏心拉構(gòu)件進行正截面承載力計算，根據(jù)(V)進行斜截面受剪承載力計算。在沒有條件對梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進行有限元分析時，可采用有關表格計算轉(zhuǎn)換梁的截面內(nèi)力。 </p><p>　　深梁截面設計方法。實際工程中轉(zhuǎn)換梁的高跨比h/1=1/8-1/6，因此轉(zhuǎn)換梁是一種介于普通梁和深

7、梁之間的梁，尤其是框支轉(zhuǎn)換梁，其受力和破壞特征類似于深梁。當轉(zhuǎn)換梁承托的上部墻體滿跨或基本滿跨時，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體之間共同工作的能力轉(zhuǎn)強，此時上部墻體和轉(zhuǎn)換梁的受力如同一倒T 形深梁，轉(zhuǎn)換梁為該組合深梁的受拉翼緣，跨中區(qū)存在很大的軸向拉力，此時轉(zhuǎn)換梁就不能按普通梁進行截面設計，但如果將倒T 形深梁的受拉區(qū)部分劃出來按偏心受拉構(gòu)件進行截面設計，計算出的縱向受力鋼筋的配筋量偏少，不滿足承載力的要求。 </p><p>

8、;　　根據(jù)圣維南原理，影響轉(zhuǎn)換梁受力特征的墻體高度應和轉(zhuǎn)換梁的跨度有關，轉(zhuǎn)換梁跨度越大，上部墻體的高度就應取得越高。分析表明:當轉(zhuǎn)換梁承托的上部墻體滿跨或基本滿跨時，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體之間共同工作的能力較強，此時上部墻體和轉(zhuǎn)換梁的受力特征如同一倒T形深梁，轉(zhuǎn)換梁為該組合深梁的受拉翼緣，跨中存在很大的軸向拉力，此時轉(zhuǎn)換梁宜按倒T 形深梁進行截面設計。 </p><p>　　應力截面設計方法。對轉(zhuǎn)換梁進行有限元分析得到

9、的結(jié)果是應力及其分布規(guī)律，為能直接應用轉(zhuǎn)換梁有限元法分析后的應力大小及其分布規(guī)律進行截面的配筋計算，假定：(1)不考慮混凝土的抗拉作用，所有拉力由鋼筋承擔；(2)鋼筋達到其屈服強度設計值。(3)受壓區(qū)混凝土的強度達到軸心抗壓強度設計值。 </p><p>　　轉(zhuǎn)換梁截面設計方法的選擇。轉(zhuǎn)換梁截面設計方法的選擇與其受力性能和轉(zhuǎn)換層的形式相關。 </p><p>　　托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設計。當

10、轉(zhuǎn)換梁承托上部普通框架時，在轉(zhuǎn)換梁常用截面尺寸范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設計方法進行配筋計算。當轉(zhuǎn)換梁承托上部斜桿框架時，轉(zhuǎn)換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構(gòu)件進行截面設計。 </p><p>　　托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設計。當轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時轉(zhuǎn)換梁截面設計方法宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，目計算出

11、的縱向鋼筋應沿全梁高適當分布配置。由于此時轉(zhuǎn)換梁跨中較大范圍內(nèi)的內(nèi)力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸入支座。當轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體為小墻肢時，轉(zhuǎn)換梁基本上可按普通梁的截面設計方法進行配筋計算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉(zhuǎn)換梁的底部。 </p><p>　　2.2 框支柱的設計與構(gòu)造要求 </p><p>　　地震作用下框支柱內(nèi)力需調(diào)整: 抗震設計時，框支柱的柱頂彎矩應乘以放大

12、系數(shù)，并按放大后的彎矩設計值進行配筋; 有地震組合時，一級、二級框支柱承受的地震作用產(chǎn)生的軸力設計計算值分別乘以1.50, 1.20的調(diào)整放大系數(shù);剪力調(diào)整:框支柱承受的地震剪力標準值應按下列規(guī)定采用:框支柱的數(shù)目不多于10 根時，當框支層為1-2 層時，每層第根柱承受的剪力應至少取基底剪力的2%; 當框支層為3 層及3 層以上時，各層每根柱所受的剪力應至少取基底剪力的3%;框支柱的數(shù)目多于10 根時，當框支層為1-2 層時，每層每根柱

13、承受的剪力之和應取基底剪力的20%; 當框支層為3 層及3 層以上時，每層框支柱承受剪力之和應取基底剪力的30%;框支柱剪力調(diào)整后，應相應調(diào)整框支柱的彎矩及柱端梁的剪力、彎矩，框支梁的剪力、彎矩、框支柱軸力可不調(diào)整。 </p><p>　　框支柱全部縱向鋼筋配筋率，抗震等級一級時一不小于1.1%，二級時不小于0.9%,三級時不小于0.8%、四級及非抗震設計時不小于0.7%?？v向鋼筋間距抗震設計時不大于200mm，

14、且不小于80mm，全部縱向鋼筋配筋率不宜大于4%?？蛑е拷顟乜蛑尤呒用堋＜用軈^(qū)體積配箍率抗震等級一級、二級不小于1.5%，三、四級時不小于1.0%; 框支柱宜采用復合螺旋箍或井字復合箍，箍筋直徑不應小于10mm，間距不小于100mm 和6 倍縱向鋼筋直徑的較小值。非抗震設計時，框支柱宜采用復合螺旋箍或井字復合箍，箍筋體積配箍率不宜小于0.8%，箍筋直徑不應小于10mm，間距不小于150mm。框支柱節(jié)點區(qū)水平箍筋原則上可同柱箍筋配

15、置，當框支梁、轉(zhuǎn)換梁腰筋配置及拉通可靠錨固時，可按構(gòu)造要求設置水平箍筋、拉筋。 </p><p>　　2.3 轉(zhuǎn)換層樓板的設計 </p><p>　　由于轉(zhuǎn)換層存在大量的水平力傳遞，尤其是在薄弱部位和連接部位，如樓電梯井筒周邊、轉(zhuǎn)換層洞口、平面角部以及轉(zhuǎn)換梁側(cè)的樓板，在進行有限元分析時，這些地方的樓板往往出現(xiàn)應力較大的情況。因此加強轉(zhuǎn)換層樓板設計也是必要的。轉(zhuǎn)換層樓板設計一般遵循一下原則：

16、 </p><p>　　1）轉(zhuǎn)換層應盡量避免開洞，尤其是開大洞，開洞會造成水平力傳遞的不連續(xù)，局部產(chǎn)生應力集中，大大削弱轉(zhuǎn)換層。不可避免開洞時，應加強洞口周邊板厚及配筋。 </p><p>　　2）加強轉(zhuǎn)換層樓板厚度及配筋。對轉(zhuǎn)換層、轉(zhuǎn)換層上一層、組合平面連接部位、樓電梯洞口周邊樓板均采用雙層雙向拉通鋼筋設置，并加大板厚。比如轉(zhuǎn)換層板厚為200，轉(zhuǎn)換層上一層最小板厚為120，轉(zhuǎn)換層以上組合

17、平面連接部位、樓電梯洞口周邊樓板均加厚至150。避免因弱連接引起地震中先期破壞。轉(zhuǎn)換層樓板配筋率建議不小于0.3%，上下樓層加強部位樓板配筋率建議不小于0.25%，對一些存在多重復雜結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層，也可根據(jù)應力分析結(jié)果有針對性的對樓板進行加強。 </p><p>　　三、設計的注意事項 </p><p>　　3.1施工可操作性和建筑外觀要求在設計時應充分加以考慮;比如在一些住宅建筑中為考慮衛(wèi)

18、生間降板需要，轉(zhuǎn)換層考慮整體降板，保證了施工方便又可以保證樓板的連續(xù)性。 </p><p>　　3.2高層建筑轉(zhuǎn)換層設計中轉(zhuǎn)換梁設計占有比例很高, 通常在實際應用中把轉(zhuǎn)換層作為設備層來使用。因此在腹部開口位置和開口相對大小轉(zhuǎn)換梁設計中要加以充分考慮; </p><p>　　3.3在滿足建筑物使用功能要求的基礎上,對下部結(jié)構(gòu)應提高其截面尺寸, 增加剪力墻、提高混凝土的強度等級, 盡量避免轉(zhuǎn)換

19、層與下部結(jié)構(gòu)豎向剛度產(chǎn)生突變, 一般轉(zhuǎn)換層混凝土強度等級應不低于C30； </p><p>　　3.4根據(jù)上部結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)換梁共同工作的程度, 分析中一般按照完全、部分和沒有共同工作三種狀態(tài)進行, 從而保證梁的支座剪力和跨中彎矩與實際情況比較吻合, 不會偏差太大。 </p><p><b>　　四、結(jié)語 </b></p><p>　　從結(jié)構(gòu)上來說,

20、 不論轉(zhuǎn)換層采用梁式、厚板式或箱形等中的任何一種方式, 在進行結(jié)構(gòu)分析設計時, 都要概念明確, 思路清晰, 在計算分析各種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時, 應選用適宜的的平面或空間有限元程序, 其結(jié)果是工作量較小, 效率較高, 同時對某些結(jié)果再進行調(diào)整也可使其更為理想。普通梁承載力計算、受力性能及構(gòu)造與轉(zhuǎn)換梁有較大差異, 在轉(zhuǎn)換梁設計中應該謹慎對待, 從而充分保證結(jié)構(gòu)使用安全。 </p><p><b>　　參考文獻：

21、</b></p><p>　　[1] JGJ3-2010高層建筑結(jié)構(gòu)混凝土技術規(guī)程. </p><p>　　[2]GB50010-2010 混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范 </p><p>　　[3] GB50011-2010 建筑抗震設計規(guī)范 </p><p>　　[4]全國民用建筑工程設計技術措施（2009年版）混凝土結(jié)構(gòu)冊 </p