建筑转换层结构设计中应注意的问题

薛永良

【摘 要】随着我国建筑行业的大力发展，建筑质量受到越来越多的关注。针对建筑结构设计中常见的问题进行研究分析，并结合相关实例进一步说明建筑结构设计中相关问题的解决措施，以期对读者有所帮助。

【关键词】建筑结构；设计；转换层

1.常见问题分析

1.1地基与基础设计

在进行地基设计时，需要同时注意建筑基础和建筑主体的作用，采取有效的措施加强上部结构的强度和刚度，提高建筑物对地基变形的适应能力。由于我国占地面积广，地质条件复杂，所以在进行地基设计时一定要参考地方性规范的内容，以避免设计不当造成整个结构设计或后期设计工作的进行。同时，在设计中需要注意的是地基承载力的计算，对于水平荷载较大或者地形有坡度的建筑，地基处理之后需要进行稳定性计算。并在地基处理之后，在施工期间需要对建筑物地基变形进行观测，以确定地基加固效果和后期维护的数据依据。其中复合地基处理之后其承载力特征值需要进行试验确定，以保证地基的承载效果。建筑基础作为地基与建筑主体的连接部分，主要作用是将建筑物的荷载传递到基础。一般情况下，建筑基础的处理方法有刚性条形基础、单独桩基、十字交叉梁条形基础、筏形基础以及箱型基础。其中在进行建筑基础结构设计时需要根据工程的水文地质条件、功能要求、建筑体型以及荷载大小分布状况等选择合理经济的基础形式。

在桩基设计时需要注意桩的布置，力求使各桩顶部受到均匀荷载，并且在纵横墙交叉处需要布置桩，对于横墙较多的建筑结构则可以在横墙两侧的纵墙上布置桩，需要特别注意的是在门洞口下面不宜布桩；对于剪力墙结构，在布桩的时候需要考虑剪力墙两端应力集中的问题，且在剪力墙中和轴附近的桩可以按受力情况均匀布置。对于粘性土、粉土等土质，桩端进入持力层的深度不宜小于桩径的2倍，砂土以及强风化软岩质的土，其深度不宜小于桩径的1.5倍，而对于碎石土等其深度适宜大于桩径且不宜小于0.5m。当建筑场地有液化土层时，桩身应该穿过液化土层进入其以下的稳定土层，对于碎石土、坚硬粘性土和密实粉土，进入深度需要大于等于0.5m，对于其他非岩石土需要大于1.5m。

1.2剪力墙设计

在进行剪力墙设计时需要注意的事项如下。

1.2.1剪力墙布置

剪力墙布置时需要注意尽量使整个建筑物的刚心和质心趋于重合。常见的问题以及解决办法如表1。

1.2.2剪力墙配筋

在进行配筋设计时，一般要求水平钢筋放在墙体外侧而竖向钢筋放在墙体内侧，且满足规范建议的最小配筋率。

表 1 常见的问题以及解决办法

注：墙高厚比≤8时，为短墙，墙高厚比>8为普通强。

根据笔者经验，建议配筋数据为：加强区Φ10@200，非加强 区Φ8@200双层双向即可， 双排钢筋之间采用Φ6@600×600拉筋。对于地下部分的墙体则需要另外考虑，根据《地下工程防水技术规范》规定，迎水面保护层应大于50mm，且在保护层内增设双向钢筋网片。

1.2.3剪力墙构造

按照相关规范规定，剪力墙应该设置边缘构件，对于抗震等级为一、二级的建筑，剪力墙底部加强部位以及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件；其余剪力墙应设置构造边缘构件。在剪力墙配筋计算中对于普通剪力墙来说，其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率，建议加强部位0.7%，一般部位0.5%；对于短肢剪力墙，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》 其配筋率加强区 1.2%，一般部位1.0%；对于受力性能较差的小墙肢，适宜按照框架柱进行截面设计，并控制其纵向钢筋配筋率，建议加强部位1.2%，一般部位 1.0%。

1.3结构计算与分析研究

在建筑结构计算与分析的时候，需要结构工程师注意以下问题：首先，如何选择合适的计算软件。目前，结构设计比较常用的计算软件有 SATWE、TAT、TBSA、ETABS、SAP等，对于不同的计算软件其计算结果具有一定的差异，这就需要结构工程师根据结构的实际情况判断适用的计算软件计算可参考数据，保证结构的合理以及安全性。其次，多塔之间振兴参与系数计算。在分析计算该类建筑时，按照建筑塔楼之间的刚度差等不同情况将建筑作为整体计算或者分开计算，以保证计算结果能准确显示结构状况。最后，非结构构件的设计与计算。在建筑中往往会出现一些为了建筑美观或者满足功能要求的并不承重的非结构构件，在计算时组要充分考虑地震以及风力等不确定因素的影响，严格按照规范进行计算。

1.4高层建筑转换层结构设计

结构转换层作为将建筑上部楼层结构的类型和布置转换为下部楼层结构类型和布置的水平结构，主要的结构形式一般有梁式转换层、厚板式转换层、桁架转换层、箱型转换层以及悬挂结构等。在建筑设计过程中，如何选择结构转换体系，必须结合建筑各方面具体情况，保证结构的安全与经济。在进行设计时需要注意如下方面。

1.4.1梁式转换层

梁式转换层对于开洞有着一定的限制，其开洞位置适宜设置在梁中部或者轴附近。转换层大梁的截面尺寸一般由剪压比计算确定，公式为：（μV=Vmax/fcbh0），且其截面高度在抗震设计时必须小于计算跨度的1/6，在非抗震设计中需要小于计算跨度的1/8。当建筑结构纵横向都需要转换时，还可以采取双向梁布置的转换方式来满足要求。

1.4.2桁架转换层

桁架转换层形式的受力机理比较复杂，力学计算比较困难，同时在抗震设计上也存在着很多问题。在进行设计时需要注意当转换层位置较高时，位于转换层附近的楼层之间侧移会随之变化，并影响结构内力，使得转换层附近的楼层成为结构薄弱点；当转换层位置较低时，容易受到地震的影响，需要考虑桁架转换层竖向抗震设计。

1.4.3箱型转换层

箱型转换层较少用于高层建筑结构设计中，其平面内刚度性能处于梁式转换层和厚板转换层之间，一般由单向或者双向托梁连同其上下较厚的楼板组成箱型结构，且上下楼板厚度不宜小于180mm。

2.实例列举

2.1日本I.B.M大楼

I.B.M大楼共有41层，建筑高度达 156.3m，转换层大梁主要支撑 24～41层的全部结构，总荷载有10707t，转换层大梁跨度有41.7m。且建筑东侧立面有一个巨大的矩形孔洞从18层直接延伸到24层。在设计时为了尽量简短应力状态，选择以简支的方式连接芯筒与大梁。大梁预应力的施加分为两次进行，保证大梁在全荷载作用下跨中挠度接近于零。选用两端矩形过渡到中部为工字型的截面形状，满足跨度和荷载要求。

转换层结构体系中钢结构大梁的主要特征数据如表2。

2.2理论联系实际—转换层结构体系的选择

由此实例可以看出，由于建筑跨度和荷载的要求，在选择转换层体系上就会有不同的侧重点。高层建筑结构转换体系设计时需要考虑的因素有竖向挠度、竖向荷载、层刚度比以及层间侧移等。由于此大楼的跨度比较大，所以采用预应力混凝土大梁并以简支的方式连接支座以解决应力复杂的问题。

表 2 转换层结构体系中钢结构大梁的主要特征数据

3.建筑结构设计理念分析

建筑结构设计中有很多设计理念作为设计依据，本文就建筑抗震理念进行分析。由于地震具有不确定性、随机性，因此并不能准确预测建筑物遭受地震的参数和特性。分析建筑在地震过程中的相互作用，在结构分析方面需要充分考虑建筑的空间作用、阻尼变化、材料时效以及非弹性性质等因素，在设计时，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节构造，从根本上提高结构的抗震能力。因此，提出强柱弱梁的概念。在设计时，需要严格控制柱轴压比，在任何情况均不宜超过 0.9%。建议布置全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%的加强角柱；框架柱柱筋品种不宜过多，且对于矩形截面柱，应尽力对称配筋，以保证在地震作用下形成梁铰机制，防止柱比梁先破坏。保证建筑小震不坏，中震可修，大震不倒。

4.结语

随着建筑行业的大力发展，建筑结构由于建筑功能的需求也发生各种改变，在实际的建筑结构设计中往往需要某几种建筑材料混合才能满足结构设计的要求。在结构设计分析阶段，应该尽量按照规范要求对结构进行内力分析以及结构计算，保证工程设计质量。不管是框架结构、筒体结构还是框剪结构，在设计的时候都要保证结构有足够的刚度、抗震性。

【参考文献】

[1]尹国强.浅谈建筑结构设计相关问题实践[J].科技与企业，2012，（04）.

[2]孟宪斌.结构设计存在问题初探[J].林业科技情报，2002（01）.