带转换层高层建筑结构设计

沈锋(上海市对外服务有限公司国际人才分公司，上海200001)

带转换层高层建筑结构设计

沈锋
(上海市对外服务有限公司国际人才分公司，上海200001)

随着我国经济的不断发展，为了满足各种商业需求，建筑工程开始向复杂的高层建筑发展。为了保证建筑的质量和安全性，在建筑结构中大量应用转换构件。但在使用过程中发现这种竖向构件无法连续，其结构受力复杂无规律，传力不直接，在发生一些不确定情况后，例如地震作用，其可能形成薄弱层。针对带转换层高层建筑结构的特点，对其结构进行计算分析，保证构件设计、应用的合理性。

转换层；高层建筑；结构设计

1 引言

在进行带转换层高层建筑结构设计时，涉及的工作内容较多，设计重点是要选择好的方案，科学合理地布置结构，针对建筑需求，合理地设计其抗震等级，同时明确转换构件的构造要求，严格按照要求进行构件施工操作，完成施工后要对梁式转化层结构进行检查，保证施工操作无误。

2 案例分析

以某小区建筑进行分析，其属于高层建筑，以住宅为主，同时也集中了办公、酒店、幼儿园、商业项目，有很强的综合性。该工程的总建筑面积约 100 379m2，其中地下面积约16 567m2，地上总面积为83 812m2[1]。地下设置了2层地下室，第1层为地下车库，地面设计了5个塔楼，分别为月1、月2、月3、月4、月5栋，利用防震缝将不同建筑分开。月4栋的裙楼和塔楼，后期主要为住宅和商业用楼，裙楼顶的设计标高为23.30m，而塔楼屋面的设计高度达到了95.5m，为了保证建筑的质量，在该工程中充分使用了梁式转换层结构。对建筑参数进行分析，该工程设计使用年限为50年，整体结构安全设计为一级，工程地处软弱土层，属于Ⅲ类场地[2]。

3 带转换层高层建筑结构设计分析

3.1 对结构进行竖向设置

高层建筑的设计侧向刚度上小下大能有效避免出现刚度突变。但如果建筑设置了转换层结构，就不能遵循这一规律。为了解决这一问题，相关文件以明确规定侧向刚度要求。对于本工程中设计了高位转换，因此上下的侧向刚度比值接近于1。进行设计的时候，综合考虑对这些参数的要求，设计人员作出了强化下部,弱化上部的决定，处理这一问题的方式有5种。（1）直接和建筑专业人员商量，落地使用剪力墙，如果不够，在底部增加一部分剪力墙，但剪力墙不能向上伸展。该方式可以提高底部的刚度。在建筑两侧还可设置剪力墙结构，南部有一大片W形剪力墙也落至基础，这些措施有效地提高了底部的刚度。（2）提高底部剪力墙的厚度。剪力墙在转换层之下，将核心筒厚度设计为400mm，其他设置为350mm。（3）在设置底部剪力墙时，不进行开洞，或者开一个小口，洞口过大会严重削弱剪力墙的刚度。（4）为了保证结构的稳定性，可以加强底部柱、墙的混凝土强度等级，在选择混凝土材料时，必须使用C40混凝土。（5）减少转换层上面剪力墙的数量，缩减墙体厚度，这样上部存在的刚度就会被削弱，可以有效调整刚度比，减轻建筑整体质量，减少框支梁承受的荷载，将结构的自振周期增大，减小地震影响力。综合这几种处理措施，建筑有良好的稳定性。

3.2 合理设置结构平面

工程底部设置了框架剪力墙结构，为了避免产生过大应力，同时避免出现混凝土裂缝，整体设计体型简单，线条规则，上部完全设置为剪力墙结构。布置剪力墙时左右完全对称，在南北方向刚度中心和质量中心偏差在2m范围内，因此结构偏心率在合理范围内[3]。剪力墙分散比较均匀，可提高建筑的抗扭作用。通过资料分析得到，第一自振周围比值为0.83，各层层间位移和水平位移小于1.4mm，完全满足平面布置的要求。

4 构件的设计情况分析

4.1 框支柱的设计分析

通过轴压比可以有效控制框支柱的截面尺寸，但也要考虑剪压比要求。为了确保框支柱有很好的延展性，必须严格控制轴压比。设计抗震等级为一级，因此轴压比值要小于0.6，如果截面尺寸较大，容易形成短柱，为了保证整体质量，结构合理性，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关系，在各项条件影响下，框支柱的配箍率比普通框架大很多。设计人员要求箍筋大于φ10mm@100mm，对其进行完全加密，同时要求配箍率大于1.5%。本工程中部分框支柱还兼做剪力墙端柱,针对这一情况，要求约束边缘构件配箍特征值大于0.2，配箍率大于1.82%。框支柱在转换层结构中非常重要，可以增加建筑的安全系数。在计算过程中，无论是柱端弯矩还是柱端剪力都必须乘以增大系数,每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%。在使用软件计算时，一般都设定楼板刚度为无限大，因此，水平剪力根据竖向刚度进行分配。框支柱的刚度大于底部剪力墙刚度，导致框支柱的剪力非常小。但是在实际施工中，可能会出现楼板变形，或剪力墙发生严重裂缝，导致其整体刚度下降，增加框支柱的剪力[4]。针对这一问题，规定框支柱剪力增大范围，必须满足在相关规定范围内，否则审核不通过。除此之外,保证转换层上下有良好的连接,框支柱上部墙体范围内的纵筋应伸入上部墙体内一层，在其他的墙体范围外，纵筋需要水平锚入转换层的梁板内,这种方式完全符合锚固要求。

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4.2 框支梁的设计分析

框支梁的截面尺寸设计需要考虑剪压比,宽度必须大于上墙厚的2倍，不能小于400mm。框支梁的高度要大于跨度的1/6，框支梁的梁宽为800mm。在整个建筑结构中，框支梁会承担巨大的压力，而且处于受力最复杂的环境中，在上下层荷载传输中起到枢纽作用，也是框支剪力墙抗震性能的有力保障。框支梁纵筋配筋率必须大于0.4%。满足设计、计算的条件下,其配筋率必须大于0.8%。设置框支梁的时候，一般都会设计成偏心受拉构件,在该梁中有一定的轴力作用，为了保证其刚度，需在其内部设置足够数量的腰筋。该工程采购了φ18mm的腰筋,沿着梁的高度方向，控制其间距在200mm范围内,在锚入到支座内的时候，必须保证连接的可靠性[5]。框支梁受到的剪力非常大,在应对抗震中发挥着重要作用。设置的位置也十分关键，因此对框支梁设计中，更加注重强剪弱弯原则，当纵筋有一定的富余后,设计中就更应该加强箍筋，保证整个构件系统的稳定性。在该工程中采用了φ14mm@100mm箍筋，对六肢箍要进行加密,要求对其的配箍率在1.15%以上,这是整个结构设计的结果，可以有效保证结构的安全性[6]。

4.3 对转换层楼板的设计分析

转换层将框支剪力墙结构分离成上下2个部分，其内力分布都是不同的，上部楼层出现的水平力一般都根据每片剪力墙情况，按照一定的刚度比例进行分配。对于下部楼层而言,落地剪力墙和框支柱在刚度方面有一定的差距,在落地剪力墙上集中体现了水平剪力,也就是在转换层位置其荷载分配情况发生了突变。处于转换层内的楼板会承担上下2部分剪力，要对承担的剪力重新分配。施工中要注意，楼板平面方向受力很大，会发生严重变形，因此在转换层处设置的楼板，一定要加强刚度，提高其承载力，避免过大的变形。在该工程中对转换层楼板施工中，为了保证其刚度，使用的混凝土型号为C35,厚为200mm[7]。

5 结语

通过对转换层高层建筑结构设计分析，发现与其他结构相比，转换层高层建筑结构设计存在一定的复杂性。为了保证建筑工程质量，必须考虑多种影响因素，综合分析判断。在工程设计中，主要做好建筑等级的设置、结构的设计、结构平面的设计、框支柱的设计、框支梁的设计及转换层楼板的设计。转换层结构具有复杂及工程量大等特性,设计人员必须重视,从而优化设计流程，提高设计效果。

【1】汪翔.带转换层的高层建筑结构设计[J].中国房地产业,2016(5)：10-11.

【2】涂冬冬.建筑结构设计基本方法及注意事项[J].中国新技术新产品, 2012(7):181-182.

【3】呼延竞飞.带结构转换层的高层建筑结构设计[J].中国新技术新产品,2016,14(10):116-117.

【4】张丁华,傅桂云.探究梁式转换层在高层建筑结构设计中的应用[J].建筑工程技术与设计,2016(18)：277-277.

【5】曹伟伟.城市高层建筑主体结构及转换层施工技术[J].工程技术:引文版,2016(4):23-24.

【6】祎杨 .高层建筑工程结构转换层混凝土施工技术运用简析[J].工程技术:引文版,2016(81):100-100.

【7】陈静.高层建筑梁式转换层结构设计[J].中国新技术新产品,2016 (5):119-120.

图3 楼板角部放射状配筋

3.5 科学合理设计洞口和管线

在楼板施工中，涉及很多预埋构件，如果处理不当也会导致混凝土裂缝的发生。在楼板中进行管线的预埋时，一定要设置钢丝网片，要求所预埋管线直径小于厚度的1/3，直径要小于50mm。如果管线在楼板中有交叉情况，必须使用接线盒处理，坚决不能将交叉线叠放到一起，需要在楼板上开口时，开口周围必须进行加固处理，否则在浇筑混凝土后就会塌陷。相关规定中要求洞口尺寸必须小于300mm，对于板内的钢筋不能封堵开口，可以从洞口边缘绕过。

4 结语

通过对建筑结构设计中的现浇混凝土裂缝控制措施分析，在设计中合理使用“放与抗”的原则，就可以避免结构中出现裂缝。保证建筑平面的规则性，避免设计结构复杂，不利于浇筑混凝土，而且质量也很难控制。除此之外，还必须对应力、外荷载因素进行考虑，分析这些构件的受力情况，科学地增加柱、横梁，提高不同位置的承载力，避免结构不稳定，在完成施工后期出现严重的裂缝问题。

【参考文献】

【1】仝鑫.基于超长现浇混凝土结构的裂缝与控制[J].中国新技术新产品,2016(17)：110-112.

【2】徐春涛.浅析建筑施工中现浇钢筋混凝土结构裂缝控制[J].中国科技博览,2016(5):90-90.

【3】苏文喜.浅析房屋建筑结构设计中的现浇混凝土裂缝控制策略[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

沈锋（1979～），男，上海人，工程师，从事结构设计与管理研究。