沈鋒(上海市對外服務(wù)有限公司國際人才分公司，上海200001)

帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

沈鋒
(上海市對外服務(wù)有限公司國際人才分公司，上海200001)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，為了滿足各種商業(yè)需求，建筑工程開始向復(fù)雜的高層建筑發(fā)展。為了保證建筑的質(zhì)量和安全性，在建筑結(jié)構(gòu)中大量應(yīng)用轉(zhuǎn)換構(gòu)件。但在使用過程中發(fā)現(xiàn)這種豎向構(gòu)件無法連續(xù)，其結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜無規(guī)律，傳力不直接，在發(fā)生一些不確定情況后，例如地震作用，其可能形成薄弱層。針對帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，保證構(gòu)件設(shè)計(jì)、應(yīng)用的合理性。

轉(zhuǎn)換層；高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 引言

在進(jìn)行帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，涉及的工作內(nèi)容較多，設(shè)計(jì)重點(diǎn)是要選擇好的方案，科學(xué)合理地布置結(jié)構(gòu)，針對建筑需求，合理地設(shè)計(jì)其抗震等級，同時(shí)明確轉(zhuǎn)換構(gòu)件的構(gòu)造要求，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行構(gòu)件施工操作，完成施工后要對梁式轉(zhuǎn)化層結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，保證施工操作無誤。

2 案例分析

以某小區(qū)建筑進(jìn)行分析，其屬于高層建筑，以住宅為主，同時(shí)也集中了辦公、酒店、幼兒園、商業(yè)項(xiàng)目，有很強(qiáng)的綜合性。該工程的總建筑面積約 100 379m2，其中地下面積約16 567m2，地上總面積為83 812m2[1]。地下設(shè)置了2層地下室，第1層為地下車庫，地面設(shè)計(jì)了5個(gè)塔樓，分別為月1、月2、月3、月4、月5棟，利用防震縫將不同建筑分開。月4棟的裙樓和塔樓，后期主要為住宅和商業(yè)用樓，裙樓頂?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)高為23.30m，而塔樓屋面的設(shè)計(jì)高度達(dá)到了95.5m，為了保證建筑的質(zhì)量，在該工程中充分使用了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。對建筑參數(shù)進(jìn)行分析，該工程設(shè)計(jì)使用年限為50年，整體結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)為一級，工程地處軟弱土層，屬于Ⅲ類場地[2]。

3 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

3.1 對結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎向設(shè)置

高層建筑的設(shè)計(jì)側(cè)向剛度上小下大能有效避免出現(xiàn)剛度突變。但如果建筑設(shè)置了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，就不能遵循這一規(guī)律。為了解決這一問題，相關(guān)文件以明確規(guī)定側(cè)向剛度要求。對于本工程中設(shè)計(jì)了高位轉(zhuǎn)換，因此上下的側(cè)向剛度比值接近于1。進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，綜合考慮對這些參數(shù)的要求，設(shè)計(jì)人員作出了強(qiáng)化下部,弱化上部的決定，處理這一問題的方式有5種。（1）直接和建筑專業(yè)人員商量，落地使用剪力墻，如果不夠，在底部增加一部分剪力墻，但剪力墻不能向上伸展。該方式可以提高底部的剛度。在建筑兩側(cè)還可設(shè)置剪力墻結(jié)構(gòu)，南部有一大片W形剪力墻也落至基礎(chǔ)，這些措施有效地提高了底部的剛度。（2）提高底部剪力墻的厚度。剪力墻在轉(zhuǎn)換層之下，將核心筒厚度設(shè)計(jì)為400mm，其他設(shè)置為350mm。（3）在設(shè)置底部剪力墻時(shí)，不進(jìn)行開洞，或者開一個(gè)小口，洞口過大會(huì)嚴(yán)重削弱剪力墻的剛度。（4）為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以加強(qiáng)底部柱、墻的混凝土強(qiáng)度等級，在選擇混凝土材料時(shí)，必須使用C40混凝土。（5）減少轉(zhuǎn)換層上面剪力墻的數(shù)量，縮減墻體厚度，這樣上部存在的剛度就會(huì)被削弱，可以有效調(diào)整剛度比，減輕建筑整體質(zhì)量，減少框支梁承受的荷載，將結(jié)構(gòu)的自振周期增大，減小地震影響力。綜合這幾種處理措施，建筑有良好的穩(wěn)定性。

3.2 合理設(shè)置結(jié)構(gòu)平面

工程底部設(shè)置了框架剪力墻結(jié)構(gòu)，為了避免產(chǎn)生過大應(yīng)力，同時(shí)避免出現(xiàn)混凝土裂縫，整體設(shè)計(jì)體型簡單，線條規(guī)則，上部完全設(shè)置為剪力墻結(jié)構(gòu)。布置剪力墻時(shí)左右完全對稱，在南北方向剛度中心和質(zhì)量中心偏差在2m范圍內(nèi)，因此結(jié)構(gòu)偏心率在合理范圍內(nèi)[3]。剪力墻分散比較均勻，可提高建筑的抗扭作用。通過資料分析得到，第一自振周圍比值為0.83，各層層間位移和水平位移小于1.4mm，完全滿足平面布置的要求。

4 構(gòu)件的設(shè)計(jì)情況分析

4.1 框支柱的設(shè)計(jì)分析

通過軸壓比可以有效控制框支柱的截面尺寸，但也要考慮剪壓比要求。為了確?？蛑е泻芎玫难诱剐裕仨殗?yán)格控制軸壓比。設(shè)計(jì)抗震等級為一級，因此軸壓比值要小于0.6，如果截面尺寸較大，容易形成短柱，為了保證整體質(zhì)量，結(jié)構(gòu)合理性，要求比值小于0.55。除此之外，配箍率和柱的截面延性有很大關(guān)系，在各項(xiàng)條件影響下，框支柱的配箍率比普通框架大很多。設(shè)計(jì)人員要求箍筋大于φ10mm@100mm，對其進(jìn)行完全加密，同時(shí)要求配箍率大于1.5%。本工程中部分框支柱還兼做剪力墻端柱,針對這一情況，要求約束邊緣構(gòu)件配箍特征值大于0.2，配箍率大于1.82%?？蛑е谵D(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中非常重要，可以增加建筑的安全系數(shù)。在計(jì)算過程中，無論是柱端彎矩還是柱端剪力都必須乘以增大系數(shù),每層框支柱承受剪力之和應(yīng)取基底剪力的30%。在使用軟件計(jì)算時(shí)，一般都設(shè)定樓板剛度為無限大，因此，水平剪力根據(jù)豎向剛度進(jìn)行分配。框支柱的剛度大于底部剪力墻剛度，導(dǎo)致框支柱的剪力非常小。但是在實(shí)際施工中，可能會(huì)出現(xiàn)樓板變形，或剪力墻發(fā)生嚴(yán)重裂縫，導(dǎo)致其整體剛度下降，增加框支柱的剪力[4]。針對這一問題，規(guī)定框支柱剪力增大范圍，必須滿足在相關(guān)規(guī)定范圍內(nèi)，否則審核不通過。除此之外,保證轉(zhuǎn)換層上下有良好的連接,框支柱上部墻體范圍內(nèi)的縱筋應(yīng)伸入上部墻體內(nèi)一層，在其他的墻體范圍外，縱筋需要水平錨入轉(zhuǎn)換層的梁板內(nèi),這種方式完全符合錨固要求。

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4.2 框支梁的設(shè)計(jì)分析

框支梁的截面尺寸設(shè)計(jì)需要考慮剪壓比,寬度必須大于上墻厚的2倍，不能小于400mm?？蛑Я旱母叨纫笥诳缍鹊?/6，框支梁的梁寬為800mm。在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)中，框支梁會(huì)承擔(dān)巨大的壓力，而且處于受力最復(fù)雜的環(huán)境中，在上下層荷載傳輸中起到樞紐作用，也是框支剪力墻抗震性能的有力保障?？蛑Я嚎v筋配筋率必須大于0.4%。滿足設(shè)計(jì)、計(jì)算的條件下,其配筋率必須大于0.8%。設(shè)置框支梁的時(shí)候，一般都會(huì)設(shè)計(jì)成偏心受拉構(gòu)件,在該梁中有一定的軸力作用，為了保證其剛度，需在其內(nèi)部設(shè)置足夠數(shù)量的腰筋。該工程采購了φ18mm的腰筋,沿著梁的高度方向，控制其間距在200mm范圍內(nèi),在錨入到支座內(nèi)的時(shí)候，必須保證連接的可靠性[5]?？蛑Я菏艿降募袅Ψ浅４?在應(yīng)對抗震中發(fā)揮著重要作用。設(shè)置的位置也十分關(guān)鍵，因此對框支梁設(shè)計(jì)中，更加注重強(qiáng)剪弱彎原則，當(dāng)縱筋有一定的富余后,設(shè)計(jì)中就更應(yīng)該加強(qiáng)箍筋，保證整個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在該工程中采用了φ14mm@100mm箍筋，對六肢箍要進(jìn)行加密,要求對其的配箍率在1.15%以上,這是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果，可以有效保證結(jié)構(gòu)的安全性[6]。

4.3 對轉(zhuǎn)換層樓板的設(shè)計(jì)分析

轉(zhuǎn)換層將框支剪力墻結(jié)構(gòu)分離成上下2個(gè)部分，其內(nèi)力分布都是不同的，上部樓層出現(xiàn)的水平力一般都根據(jù)每片剪力墻情況，按照一定的剛度比例進(jìn)行分配。對于下部樓層而言,落地剪力墻和框支柱在剛度方面有一定的差距,在落地剪力墻上集中體現(xiàn)了水平剪力,也就是在轉(zhuǎn)換層位置其荷載分配情況發(fā)生了突變。處于轉(zhuǎn)換層內(nèi)的樓板會(huì)承擔(dān)上下2部分剪力，要對承擔(dān)的剪力重新分配。施工中要注意，樓板平面方向受力很大，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形，因此在轉(zhuǎn)換層處設(shè)置的樓板，一定要加強(qiáng)剛度，提高其承載力，避免過大的變形。在該工程中對轉(zhuǎn)換層樓板施工中，為了保證其剛度，使用的混凝土型號為C35,厚為200mm[7]。

5 結(jié)語

通過對轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)與其他結(jié)構(gòu)相比，轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一定的復(fù)雜性。為了保證建筑工程質(zhì)量，必須考慮多種影響因素，綜合分析判斷。在工程設(shè)計(jì)中，主要做好建筑等級的設(shè)置、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)平面的設(shè)計(jì)、框支柱的設(shè)計(jì)、框支梁的設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)換層樓板的設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜及工程量大等特性,設(shè)計(jì)人員必須重視,從而優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，提高設(shè)計(jì)效果。

【1】汪翔.帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中國房地產(chǎn)業(yè),2016(5)：10-11.

【2】涂冬冬.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本方法及注意事項(xiàng)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品, 2012(7):181-182.

【3】呼延競飛.帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2016,14(10):116-117.

【4】張丁華,傅桂云.探究梁式轉(zhuǎn)換層在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2016(18)：277-277.

【5】曹偉偉.城市高層建筑主體結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換層施工技術(shù)[J].工程技術(shù):引文版,2016(4):23-24.

【6】祎楊 .高層建筑工程結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層混凝土施工技術(shù)運(yùn)用簡析[J].工程技術(shù):引文版,2016(81):100-100.

【7】陳靜.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2016 (5):119-120.

圖3 樓板角部放射狀配筋

3.5 科學(xué)合理設(shè)計(jì)洞口和管線

在樓板施工中，涉及很多預(yù)埋構(gòu)件，如果處理不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的發(fā)生。在樓板中進(jìn)行管線的預(yù)埋時(shí)，一定要設(shè)置鋼絲網(wǎng)片，要求所預(yù)埋管線直徑小于厚度的1/3，直徑要小于50mm。如果管線在樓板中有交叉情況，必須使用接線盒處理，堅(jiān)決不能將交叉線疊放到一起，需要在樓板上開口時(shí)，開口周圍必須進(jìn)行加固處理，否則在澆筑混凝土后就會(huì)塌陷。相關(guān)規(guī)定中要求洞口尺寸必須小于300mm，對于板內(nèi)的鋼筋不能封堵開口，可以從洞口邊緣繞過。

4 結(jié)語

通過對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的現(xiàn)澆混凝土裂縫控制措施分析，在設(shè)計(jì)中合理使用“放與抗”的原則，就可以避免結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)裂縫。保證建筑平面的規(guī)則性，避免設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于澆筑混凝土，而且質(zhì)量也很難控制。除此之外，還必須對應(yīng)力、外荷載因素進(jìn)行考慮，分析這些構(gòu)件的受力情況，科學(xué)地增加柱、橫梁，提高不同位置的承載力，避免結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在完成施工后期出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫問題。

【參考文獻(xiàn)】

【1】仝鑫.基于超長現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫與控制[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2016(17)：110-112.

【2】徐春濤.淺析建筑施工中現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制[J].中國科技博覽,2016(5):90-90.

【3】蘇文喜.淺析房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的現(xiàn)澆混凝土裂縫控制策略[J].大科技,2016(15)：423-424.

【收稿日期】2016-11-03

Structural Design of High-Rise Building with Transfer Floor

SHEN Feng
(Shanghai International Service Co.Ltd.International Talent Branch,Shanghai 200001,China)

With the development of economy in our country, in order to meet various commercial demands, the construction project began todevelop into complex high-rise buildings. In order to ensure the quality and safety of buildings, a large number of conversion components are usedin the building structure. It is found that such a vertical member can not be continuous, and its structure is subject to complex rules and forces arenot direct.Therefore, after some uncertainties, such as seismic action, it may for ma weak layer.Aiming at the characteristics of high-rise buildingwith transfer floor, the structure is calculated and analyzed to ensure the rationality of component design and application.

transferlayer;high-risebuilding;structuraldesign

TU973+.3

A

1007-9467（2016）12-0025-03

2016-11-03

沈鋒（1979～），男，上海人，工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與管理研究。