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      帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式分析

      2020-01-01 11:18:26楊曉玲
      四川建材 2020年1期
      關(guān)鍵詞:下層剪力墻受力

      楊曉玲

      (武漢東藝建筑設(shè)計(jì)有限公司,湖北 武漢 430070)

      0 前 言

      當(dāng)前城市中較多的高層建筑都是帶有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu),在高層建筑的下部樓層一般用于商業(yè)建筑,餐廳、超市等,下部結(jié)構(gòu)需要有較為寬闊的空間,不能因?yàn)榧袅翱蚣苤绊懥似涫褂霉δ?;在上部結(jié)構(gòu)一般用于人們居住,要求結(jié)構(gòu)布局合理,開間、進(jìn)深適宜,在這種實(shí)際需求下,對(duì)于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的要求,要在設(shè)計(jì)中結(jié)合建筑功能要求,把握建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn),提高設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和合理性,這樣可以促進(jìn)我國(guó)高層建筑的發(fā)展。

      1 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑簡(jiǎn)介

      1.1 基本概念

      在高層建筑中,建筑物的下層結(jié)構(gòu)和上層結(jié)構(gòu)因平面使用功能不同,而在中間一個(gè)過渡層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)上層結(jié)構(gòu)和下層結(jié)構(gòu)的功能要求,這個(gè)過渡樓層通常被稱為轉(zhuǎn)換層;轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)主要是為了改變上下層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及平面布局,通過結(jié)構(gòu)形式及建筑軸網(wǎng)的改變來滿足上下層建筑的功能要求,對(duì)于超高層建筑甚者設(shè)計(jì)了多個(gè)轉(zhuǎn)換層,這樣可以更好地發(fā)揮建筑物的使用功能,提高建筑物使用效率,從而促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展。

      1.2 主要用途

      在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,通過設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層,可以將上層結(jié)構(gòu)和下層結(jié)構(gòu)進(jìn)行很好的連接,可以將建筑物的空間劃分變得更為靈活,滿足樓層間不同的空間需求。當(dāng)前城市建設(shè)中高層建筑結(jié)構(gòu)越來越普及,帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)可以提高土地使用效率,因而被廣泛應(yīng)用到高層建筑設(shè)計(jì)中。

      2 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則

      2.1 加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層下半部分的設(shè)計(jì)

      在帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,要考慮到下層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),因?yàn)橄聦咏Y(jié)構(gòu)是整個(gè)建筑的受力基礎(chǔ),其質(zhì)量決定了整個(gè)高層建筑的質(zhì)量;同時(shí)下層結(jié)構(gòu)的剛度要高于上層建筑,要在下層結(jié)構(gòu)做好抗震設(shè)計(jì),這樣可以提升整個(gè)高層建筑的抗震性,提升高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。

      2.2 合理控制轉(zhuǎn)換層的數(shù)量

      在高層建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層主要是為了改變上下層建筑的平面布局,提高高層建筑的使用效率,但是也不能過于追求建筑使用效率而過多的設(shè)置轉(zhuǎn)換層,由于轉(zhuǎn)換層會(huì)使得建筑物的上下層結(jié)構(gòu)形式發(fā)生改變,在一定程度上是將整體建筑物進(jìn)行了分割,破壞了整個(gè)高層建筑的整體性,容易導(dǎo)致其他衍生質(zhì)量問題的出現(xiàn)。因此,一般高層建筑的轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)以1~2層為宜,這樣可以在保證建筑質(zhì)量的前提下盡可能地提高土地使用效率。

      2.3 加強(qiáng)數(shù)據(jù)的運(yùn)算和應(yīng)用

      在帶轉(zhuǎn)換層高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,由于其模型復(fù)雜多變,計(jì)算冗雜且系統(tǒng),這就要保證轉(zhuǎn)換層的數(shù)據(jù)計(jì)算和參數(shù)選擇正確,因?yàn)槠潢P(guān)系到上下層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,起到了一個(gè)承上啟下的功能,也不同于一般標(biāo)準(zhǔn)層,對(duì)于它的設(shè)計(jì)可能更為復(fù)雜,在設(shè)計(jì)中,要計(jì)算準(zhǔn)確,對(duì)于相關(guān)參數(shù)的選擇一定要嚴(yán)格按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,避免因不科學(xué)的計(jì)算方式而導(dǎo)致設(shè)計(jì)質(zhì)量問題,從而影響整個(gè)高層建筑的質(zhì)量。

      2.4 不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

      在按照以上設(shè)計(jì)原則完成高層建筑的轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)后,一定要結(jié)合整個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行轉(zhuǎn)換層的優(yōu)化設(shè)計(jì),因?yàn)檗D(zhuǎn)換層以上的結(jié)構(gòu)基本為標(biāo)準(zhǔn)層,做好轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)質(zhì)量控制,可以有效保證上層結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,還能做好成本控制,在轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行優(yōu)化,可以取消過去保守的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),這樣上層的標(biāo)準(zhǔn)層中都可以取消此部分的結(jié)構(gòu),極大地縮小了高層建筑的成本,促進(jìn)我國(guó)帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

      3 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要方式

      3.1 梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      在帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,最為常見的一種設(shè)計(jì)方式就是梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì),這種轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單,主要通過梁構(gòu)件的截面轉(zhuǎn)換或者主次梁的增加來改變上下層結(jié)構(gòu),在設(shè)計(jì)時(shí),首先要考慮的是上下層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案,在盡可能減少結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式的前提下,控制成本,從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行簡(jiǎn)化,這樣不僅可以避免其他衍生質(zhì)量問題,而且可以使得設(shè)計(jì)方案更為安全可靠;然后就是在設(shè)計(jì)中要注意豎向結(jié)構(gòu)剛度的計(jì)算,保證被轉(zhuǎn)換層分割的建筑物整體剛度能達(dá)到相關(guān)要求,同時(shí)其豎向荷載能滿足受力要求,在豎向荷載的傳遞過程中,各個(gè)構(gòu)件都能滿足,這樣才可以控制好梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

      3.2 桁架轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      桁架形式的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式在高層建筑的使用中較梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)較少,并且結(jié)構(gòu)型式更為復(fù)雜,但是這種結(jié)構(gòu)型式的轉(zhuǎn)換層抗震性及穩(wěn)定性比較好,主要是通過桁架來進(jìn)行上部荷載的傳導(dǎo),在桁架轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),首先要建立受力模型,分析其受力情況,然后布置桁架桿件形式,合理傳導(dǎo)荷載;然后要考慮桁架結(jié)構(gòu)的抗剪能力和抗彎能力,保證整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

      3.3 厚梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      如果高層建筑的轉(zhuǎn)換層的上下軸線未能良好地結(jié)合,那么就很難用梁去支撐,此時(shí)適宜采用厚梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),該結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點(diǎn)是靈活多變、工序簡(jiǎn)單,但是厚板的厚度很大,造成材料的浪費(fèi),同時(shí)也會(huì)引起壓力的上升。因此,在厚梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要充分考慮到厚板帶來的較大的壓力,增加配筋的數(shù)量,提高配筋的強(qiáng)度。此外,要考慮到?jīng)_切力和剪切力,通過合理的受力分析和計(jì)算來減輕整個(gè)轉(zhuǎn)換層的受力程度。

      3.4 箱型轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      在帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,箱型轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)方式應(yīng)用具有一定的局限性,這是由于箱型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層會(huì)使得整個(gè)轉(zhuǎn)換層以上的樓層結(jié)構(gòu)型式較為單一,一般只能用于開間需求較大的建筑物,對(duì)于建筑物的剛度要求也比較大,箱型結(jié)構(gòu)的橫向荷載受力較大,在實(shí)際的設(shè)計(jì)中要做好結(jié)構(gòu)受力分析,保證整個(gè)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

      4 優(yōu)化高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

      在帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,要重點(diǎn)對(duì)待轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),由于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本來就較為復(fù)雜繁瑣,再加上轉(zhuǎn)換層將整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分割,破壞了整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的整體性,這就使得轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得至關(guān)重要,在設(shè)計(jì)中,一定要重視轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,優(yōu)化受力結(jié)構(gòu)的間距,保證高層建筑物的整體剛度,做好高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化處理。

      1)優(yōu)化高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置。相關(guān)研究已經(jīng)顯示,在底部的轉(zhuǎn)換層中,其位置越高,它的上下高度的突變就會(huì)越大,轉(zhuǎn)換層的上下內(nèi)力的傳遞途徑,其突變也會(huì)加劇,落地的剪力墻以及墻體就容易出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象,框架的支柱內(nèi)力加大,使得轉(zhuǎn)換層的上部其附近的一些墻體就會(huì)被破壞。所以說,轉(zhuǎn)換層的位置如果過高,就會(huì)對(duì)抗震產(chǎn)生不利的影響。按照相關(guān)的研究結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)換構(gòu)件能夠運(yùn)用箱型結(jié)構(gòu)、斜撐、厚板、轉(zhuǎn)換大梁等形式,在地震區(qū)對(duì)于一些轉(zhuǎn)換厚板的使用經(jīng)驗(yàn)是比較少的,可以在一些非地震區(qū)采用,用于一些大空間的地下室中,因?yàn)槠渲車兄s束的作用。

      2)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剪力墻間距的優(yōu)化。對(duì)于應(yīng)用較為普遍的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式,在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,要注意轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)梁和剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在考慮轉(zhuǎn)換層對(duì)于上下層結(jié)構(gòu)平面空間的改變時(shí),還要保證轉(zhuǎn)換層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),墻體不宜過長(zhǎng),間距不宜過小,剪力墻結(jié)構(gòu)形式過長(zhǎng),增加建筑成本,不利于成本的控制,剪力墻間距過小,不利于房屋的合理布局,也不利于上層荷載的有效傳遞。因此,在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,要兼顧上下層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式,盡量保證上下層結(jié)構(gòu)的剪力墻能在一個(gè)豎向結(jié)構(gòu)上,要重新分配建筑的豎向結(jié)構(gòu)布置,保證建筑整體受力能達(dá)到要求,這是在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)注意的地方。

      3)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的過渡受力以及控制軸壓比。高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),樓層的梁面和柱面直接影響著轉(zhuǎn)換層的豎向負(fù)載能力以及構(gòu)件的內(nèi)力,在高層建筑施工期間,對(duì)施工的進(jìn)度也有一定影響,尤其是在轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與若干層構(gòu)件同時(shí)出現(xiàn)在施工階段的時(shí)候,這個(gè)構(gòu)件的內(nèi)力變化尤為突出,若不及時(shí)采取措施,會(huì)因?yàn)槭┕るA段轉(zhuǎn)換構(gòu)件的過渡受力而影響高層的進(jìn)度,造成高層建筑施工延時(shí)延工。高層建筑中轉(zhuǎn)換層軸向的承受力主要受框支柱所支撐,轉(zhuǎn)換層以上的墻體垂直負(fù)載和水平負(fù)載差不多都能借助板平面內(nèi)的剛度傳遞給落地剪力墻,所以還要注意軸壓的比率,盡量控制這個(gè)比率。

      5 結(jié) 語

      我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展使得高層建筑在城市中的應(yīng)用越來越普及,而為了進(jìn)一步解決日益緊缺的土地使用問題,使得帶轉(zhuǎn)換層高層建筑被廣泛應(yīng)用到城市建設(shè)中。在高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,要把握設(shè)計(jì)原則,重視轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)質(zhì)量,科學(xué)合理設(shè)計(jì),并對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化處理,從設(shè)計(jì)質(zhì)量上進(jìn)行有效控制。針對(duì)不同的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu),要合理采取設(shè)計(jì)方式,做好轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì),同時(shí)要重點(diǎn)熟悉轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中的要點(diǎn),做好整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案優(yōu)化,控制好設(shè)計(jì)成本,保證設(shè)計(jì)質(zhì)量,提升高層建筑的使用效率,從而進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展。

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