高层建筑工程中厚板转换层及抗震结构设计探讨

梁志波

湖南化工设计院有限公司 湖南 长沙 410000

前言

高层建筑，作为地区进行现代化经济建设水平的重要体现，其建设使用的安全可靠性直接决定了工程项目建设使用可持续性与耐久性。然而，在对高层建筑厚板转换层与抗震结构进行设计控制时，因受建设环境与规范标准的限制，增加了设计科学合理性的控制难度。为此，工程建设者应从实践角度出发，即在明确厚板转换层与抗震结构的设计构造控制要点的情况下，提升工程项目建设使用的质量效果。如此，高层建筑工程建设的复杂性就会得到有效控制，进而促进所处地区建筑行业进行现代化经济建设的快速稳定发展，最终满足建筑用户的可持续需求。

1 工程概况

湖南地区某高层建筑工程项目的总建筑面积约9万m2，总高度约150m。其中一栋32层的写字楼，设计建设为带转换层的底部大空间框支剪力墙结构，具有构造复杂且抗震设计难度大的特点。这里的设计控制难度在于，地处Ⅱ类施工场地土，即中软场地土，抗震防烈度设计为6度。为在保证高层建筑厚板转换层及抗震设计在满足基本功能需求的情况下，降低建设工作开展难度，应根据工程项目的实际情况着手对设计要点及构造进行分析控制。相关人员应将其作为重点科研对象，以实现建筑行业高层化发展的安全可靠性目标[1]。

2 高层建筑工程中厚板转换层的设计与构造控制

对于转换板厚度的设计与构造控制，均应严格按照相关管理部门制定的规范要求进行，即采用SLAB计算方法、简化计算模型以及手算复核等，来将板厚控制在2.0m，是最大柱距的1/3.6。此外，为增加结构板的抗裂能力，除了应在板的混凝土内部掺入10%的水泥用量膨胀剂外，还应在中部设置上下两层直径为14@260的双向钢筋网片。为增强板边缘的抗扭能力，应在暗梁两侧设置直径为14@260的腰筋。如此，就可防止板的端头出现竖向与水平的劈裂病害。

由于本高层建筑厚板转换层为大体积混凝土构件，因此，荷载的集度较大能够有效避免温度裂缝的发生。具体的建设共采用了以下措施方法，来实现此目标。在材料方面，设计采用低强度与低水化热的水泥，并通过严格控制水泥用量，来保证结构作用的安全可靠性。此外，除了要在混凝土中掺入定量的减水剂外，还应掺入一定量的粉煤灰，以优化混凝土的可泵性能。为提高结构作用的抗裂效果，还应掺入10%水泥用量的UEA微膨胀剂。

对于板的中部应设置多处测温点，并用微机进行自动化控制，即通过自动记录温度变化情况，以动态掌握混凝土结构内部的作用温度。如此，就可在明确内外温度差的情况下，使采取的保温建设起到应有的作用。具体而言，为使混凝土内部厚板的内外温差达到设计要求的小于25℃目标，应将板底模设计为两层竹胶板夹与一层塑料薄膜，并通过地毯与塑料薄膜的覆盖来实现薄膜层板下空间的封闭目标，进而减少冷空气对流所带来的负面影响。值得注意的是，构造设计控制人员应还应在板的中部位置埋设两层直径为50mm，间距为1.5m的循环冷却水，以降低钢管的温度。同时，还应通过定期的养护与测温结果，来控制结构钢管的作用温度[2]。

3 高层建筑工程中抗震结构的设计要点及构造

为保证本高层建筑工程主体结构能够沿着竖向刚度以均匀状态存在，继而使转换层的上下层刚度较为接近，应按照相关管理部门制定的规范标准进行抗震设计，即将转换层上下的抗侧移刚度比小2，并采用必要的措施方法来避免结构刚度突变为薄弱层。这里的措施方法有三：其一，中筒剪力墙的厚度，应设置为转换层以下400mm；转换层以上的设备层应为300mm厚；而五层以上的厚度应为240mm，即以逐渐减薄的设计来规避刚度发生突变[3]。

其二，工程转换层以上的设备层层高应增至3.4m，转换层以下的层高应减少至3.6m。此外，转换层以上，应采用C40混凝土；转换层以下，应采用C50混凝土。

其三，为使工程建筑上部住宅剪力墙的强度与层间位移满足规范标准要求，应尽可能减少住宅剪力墙的数量，即将厚度减薄240mm或是200mm。对于开口较大的施工洞口环境，转换层以上剪力墙连梁应尽可能减少高度，且转换层以下的剪力墙厚度增加，以达到上部刚度减少与下部刚度增加的目的[4]。

此外，为使结构能够将水平地层力传递至剪力墙，设计人员应将应力集中于楼层，即通过加厚楼板进行实现。由于框支柱的总剪力大于0.25Qo，因此，为强化框支柱的延性应将轴压比控制在0.65，且配筋率控制在1.7%左右。与此同时，还应对柱箍筋进行全长加密，并在框支柱的内部增加芯筋，以实现柱纵向钢筋的机械连接目标。如图1所示，为纵向钢筋的布置示意图。

对于工程框支层剪力墙的轴压比，应控制在0.4以下，且将配筋率和剪力墙结构的暗柱配筋率分别控制在0.6%与1.5%。如此，其结构体积的配箍率就可控制在1-2%之间，进而提高剪力墙结构的延性。由于转换层上部与转换层楼层墙体相近，一旦转换层部位的刚度发生突变，楼层墙体也会受到剪力作用。为达到设计延性目标，相关人员应对转换层以上的三层剪力墙与暗柱进行配筋的强化处理。

电算的设计，因转换层上下两层层高未按照高层建筑工程的剖面图尺寸进行输入，因此，厚板的板厚应以均匀状态分于相邻两层的层高。由此，与梁式转换层相比，厚板转换层的层高变化就较为均匀，且竖向刚度的变化也呈均匀效果[5]。

4 结束语

综上所述，高层建筑工程中的厚板转换层及抗震结构设计，应结合工程项目的建设目标，如，建筑抗震结构强度与刚度设计要求，通过调整墙的厚度及配筋，来保证结构作用的延性效果。由于本高层建筑厚板转换层为大体积混凝土构件，因此，荷载的集度较大能够有效避免温度裂缝的发生，设计采用低强度与低水化热的水泥，并通过严格控制水泥用量，来保证结构作用的安全可靠性。故而，研究人员应将上述分析内容与科研成果更多地作用于实践，以服务于现代化经济建设的全面发展进程。