帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計策略

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摘要：本文首先對幾種最常見的轉(zhuǎn)換層做簡要概述并分析了其工作原理，接著分析了轉(zhuǎn)換層在高層建筑中應(yīng)用時應(yīng)具備怎樣的布局和構(gòu)造原理，接著對其抗震性能和合理性進(jìn)行了分析，最后對一些新型轉(zhuǎn)換層的設(shè)計進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：高層建筑轉(zhuǎn)換層抗震性結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著城市化腳步的加快，高層建筑對于城市來說早已是屢見不鮮。對高層建筑設(shè)計轉(zhuǎn)換層更是當(dāng)下必不可少的一項任務(wù)及要求，轉(zhuǎn)換層能更好的讓高層建筑發(fā)揮其優(yōu)點和作用，方便了我們的生活。但由于其結(jié)構(gòu)的限制，抗震性能的強(qiáng)弱決定了整棟樓層的安全，因此，對轉(zhuǎn)換層的要求便更加嚴(yán)格。

1轉(zhuǎn)換層的幾種基本類型和構(gòu)造原理

1．1梁式轉(zhuǎn)換層

轉(zhuǎn)換層樓板上層構(gòu)造的剪力要傳送給下層構(gòu)造，在本身承擔(dān)一部分壓力的同時還要承擔(dān)上部壓力。因此對梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計構(gòu)造要求十分嚴(yán)格。梁式轉(zhuǎn)換層的構(gòu)造優(yōu)點十分突出，例如它的結(jié)構(gòu)十分簡單，對于力的傳導(dǎo)和傳輸目的十分直接和明了，在大部分的高層建筑中都能被采用。

1．2箱式轉(zhuǎn)換層

當(dāng)某一層樓板的硬度條件與估算值存在偏差時，就要求在轉(zhuǎn)換層的上下各安裝一層樓板，從而增加樓層在受到力的作用下而不易發(fā)生形變，安裝后就會上下形成一個箱式構(gòu)造。采用箱式轉(zhuǎn)換層的好處是轉(zhuǎn)換層的受力導(dǎo)力平均，且轉(zhuǎn)換層在受力時抵抗彈性形變的能力大大增強(qiáng)，但是在實際操作時，箱式轉(zhuǎn)換層不僅花費大而且不易操作施工［1］。

2轉(zhuǎn)換層在高層建筑應(yīng)用及設(shè)計構(gòu)造

轉(zhuǎn)換層在高層建筑的應(yīng)用極其廣泛，只要根據(jù)樓層的需要進(jìn)行設(shè)計即可，但設(shè)計的同時也要考慮種種因素，如建筑地區(qū)的選擇，一些高層建筑選擇在土壤比較稀松的地區(qū)施工，本身就不利于樓房的自身需求而使得樓房易下陷，而有的樓房較高，如果單純的使用轉(zhuǎn)換層則不利于對地震的需求，因此對轉(zhuǎn)換層的使用應(yīng)具備以下幾點要求：（1）轉(zhuǎn)換層的設(shè)計要有一定的韌性，在承受一定壓力的情況下不易發(fā)生形變。（2）應(yīng)盡可能的在構(gòu)造中不使用縱向構(gòu)件。（3）在構(gòu)造時要使頂?shù)變蓪拥膭偠缺瓤刂圃?和2之間，使縱向受壓時形變量不受過大影響。（4）盡可能將轉(zhuǎn)換層上部的剪力墻和柱子保持一一對應(yīng)。（5）轉(zhuǎn)換層在選擇位置上要盡可能靠近建筑物底部的適當(dāng)位置，如果建筑物特別高要求轉(zhuǎn)換層設(shè)置也要高時就盡可能的讓轉(zhuǎn)換層的縱向位置降低并增加一定的剛度，如果設(shè)計不達(dá)標(biāo)則地震來臨時便會對整個建筑物的安全帶來嚴(yán)重的威脅。（6）使支剪力墻與落地剪力墻的比值保持在相關(guān)要求內(nèi)。（7）要系統(tǒng)精確地分析轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，將其和整棟樓房進(jìn)行統(tǒng)一換算分析，并進(jìn)行模擬實驗以及抗震測試，最大化的提高其安全系數(shù)［2］。

3抗震性能的分析

隨著轉(zhuǎn)換層位置的不斷提高，對于其抗震性能的要求也不斷提升，影響其抗震性能的因素也有很多種類，像轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)置、轉(zhuǎn)換層頂部與底部對壓力變形的韌性，轉(zhuǎn)換層側(cè)面的剛度等。因此我們在對轉(zhuǎn)換層進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計構(gòu)造時應(yīng)考慮這些因素。根據(jù)《高規(guī)》內(nèi)容的明確規(guī)定，對于一些框支剪力墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層，設(shè)置在三層及以上時，在剪力墻和支柱底端應(yīng)加強(qiáng)抗震系數(shù)，使其增加一級抗震系數(shù)，本身為特一級時則不必增加。

4轉(zhuǎn)換層的幾種最新構(gòu)造

4．1搭接柱轉(zhuǎn)換型

其設(shè)計的主要準(zhǔn)則是利用轉(zhuǎn)換柱來實行轉(zhuǎn)換，這樣做的好處就是在構(gòu)造時使用的原材料較少，而且它的自身重量比較輕，對建筑的剩余空間資源可以得到充分利用，而且對壓力的形變程度也比較小。但有一點值得關(guān)注的是柱子上面的樓蓋應(yīng)該使用高承受力的物質(zhì)材料進(jìn)行加固。搭接柱轉(zhuǎn)換型之所以在安全和穩(wěn)定性上優(yōu)于其他轉(zhuǎn)換型結(jié)構(gòu)的原因在于它連接樓蓋的承受力和縱向伸縮度的完美控制。使得搭接柱受內(nèi)力的影響大大衰減。在搭接柱形式的轉(zhuǎn)換層中，最主要的重心便是筒體對側(cè)力的抵抗能力。所以對于筒體的承受力，伸縮性和橫截面的尺寸要做到足夠精細(xì)。就要求受力能從搭接柱伸縮到上一層，當(dāng)筒體的構(gòu)造材質(zhì)發(fā)生變化時，不會影響塔柱因受力而產(chǎn)生變形，從而使高層建筑的抗震性不衰減。另外我們也可以運用SATWE、PMSAP這樣的軟件對搭接柱轉(zhuǎn)換構(gòu)造的性能進(jìn)行測算解析，更方便快速的解決了人力測算帶來的誤差。

4．2其他新型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

除了上面的搭接柱轉(zhuǎn)換型，還有兩種基本形式的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，寬扁梁轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和斜撐轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)都有其各自優(yōu)點，對于前者來說，該轉(zhuǎn)換型適應(yīng)于各種建筑物類型，對轉(zhuǎn)換層的高低影響重大并且有利于建筑物機(jī)械設(shè)備的使用，大大減少了資金成本，對建筑物造型設(shè)計上有一定的輔助功能。后者則使高層建筑受力均勻，力的傳導(dǎo)比較明確，緩沖機(jī)械變形上有更好地抗震效果［3］。

5基于高層建筑轉(zhuǎn)換層構(gòu)造的建議

面對當(dāng)前形勢，許多建筑工程師就高層建筑的轉(zhuǎn)換層的抗震效果、對高層建筑自身受力等多種情況進(jìn)行了一些有價值的研究，這樣就為設(shè)計構(gòu)造者對高層建筑物的轉(zhuǎn)換構(gòu)造帶來了理論依據(jù)，使得一些建筑避免了成為爛尾工程的犧牲品。據(jù)此，針對高層建筑轉(zhuǎn)換層的設(shè)計構(gòu)造提出了以下幾點建議：其一，轉(zhuǎn)換層的高度問題應(yīng)該進(jìn)行全面系統(tǒng)地分析測試，轉(zhuǎn)換層高度大，會使轉(zhuǎn)換層的地震反應(yīng)力加大，但對其它樓層的反應(yīng)較小，對地基的承受能力是一大考驗，所以應(yīng)該使轉(zhuǎn)換層的高度設(shè)計在允許抗震等級以內(nèi)。其二，轉(zhuǎn)換層自身高度越大，其自身結(jié)構(gòu)受地震影響其波動幅度越大，靠近轉(zhuǎn)換層的幾層受轉(zhuǎn)換層的影響其波動幅度也有所加強(qiáng)，因此，轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換梁不應(yīng)太高。其三，轉(zhuǎn)換層設(shè)置越高對樓層的變形程度影響越大，轉(zhuǎn)換層的高度越靠上，對樓層的伸縮性要求增加，各個樓層間的可伸縮性減小，各樓層間的位移量變小，加大了構(gòu)造的扭轉(zhuǎn)時間，對建筑物本身的結(jié)構(gòu)造成一定的影響，因此，轉(zhuǎn)換層的高度不應(yīng)設(shè)置太高。其四，剛度比的不同會對抗震性能產(chǎn)生一定的影響，同時對第一次低階振型周期產(chǎn)生巨大影響，而對橫向方向的構(gòu)造在能檢測出的地震影響較小。因此，我們應(yīng)該使用各類方法使結(jié)構(gòu)剛度比達(dá)到黃金比值。

6結(jié)語

由于當(dāng)今社會的建筑類型大不相同，為了建筑需求所要實現(xiàn)的效果和功能也不盡相同，因此在設(shè)計轉(zhuǎn)換層時應(yīng)考慮到各個高樓的現(xiàn)場具體情況，為可能發(fā)生的各類突發(fā)狀況做好必要的應(yīng)急措施。轉(zhuǎn)換層所在的高樓受力復(fù)雜，對自然界的不可抗拒的因素也要考慮在內(nèi)，如地震，臺風(fēng)，海嘯等。

參考文獻(xiàn)

［1］王紹君．帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計建議［J］．門窗，2014，01：380．

［2］閆微微．帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］．科技與企業(yè)，2013，06：215．

［3］梁興泉．高層轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計［J］．山西建筑，2016，02：29－31．

作者：廖曉雄 單位：中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司