高层建筑梁式转换层的设计

2015-11-04陈雁

建材与装饰 2015年36期

关键词：框支梁式剪力墙

陈雁

（贵州省城乡规划设计研究院贵州贵阳 550000）

高层建筑梁式转换层的设计

陈雁

（贵州省城乡规划设计研究院贵州贵阳 550000）

高层建筑中，转换层采用梁式转换应用较为广泛。梁式转换结构设计时应选择合理的结构体系及其结构布置方案，对于高层建筑的扭转、刚度及其局部墙体稳定性应在加强概念设计，优化结构平面布置，以缩小结构计算过程中模型调整周期。合理布置梁式转换结构上部剪力墙，避免短肢墙体出现，增加底部落地剪力墙墙体厚度，确保一定数量剪力墙落地以保证竖向刚度的连续。本文结合具体工程实例，重点就高层建筑梁式转换层的设计进行了研究。

高层建筑；梁式转换层；设计分析

引言

目前，高层建筑的功能趋于多样化、综合化和全面化，上部为小开间的民用住宅，下部集购物、餐饮、娱乐及停车为一体的城市综合体发展较快。因建筑的使用功能不同，空间划分不同，需要设置转换层来实现上下柱网不同、开间不同、结构不同的转换。在结构设计中，应针对建筑的平面及功能需要合理选择转换型式，正确确定建筑抗震类别，正确选择各部分的抗震等级，注重结构构件的延性设计，对主要构件进行加强，使之完美的与建筑的功能需要相结合。

1　建筑结构设计中的转换层设计原则

建筑结构设计中的转换层主要起到承上启下的作用，带转换层的结构属于竖向不规则的结构，与规范要求的高层建筑的侧向刚度宜下大上下，避免刚度突变相悖。因而在结构设计中要强化下部，弱化上部，合理的解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化，避免建筑资源的浪费，其在设计过程中应遵循以下设计原则：

①在转换层设计过程中应尽量减少结构转换的竖向构件，应尽可能的多采用直接接地的构件，其能有效避免建筑刚度的减小，对建筑物抗震性能的提升有着重要的作用。②转换层的设计位置不宜偏高，应尽可能的靠近底层位置，主要是由于建筑框支剪力墙结构的传力途径以及刚度发生变化时会直接造成转换层成为薄弱层，很大程度上降低了建筑物的抗震性能。③在进行转换层的设计时应注意传力路径的明确性，避免二次以上的转换，并且确保转换层的刚度。由于转换层结构本身起到的是结构转换作用，所以应保持其自身的受力平衡性。④要对落地剪力墙以及框支剪力墙的比例进行综合考虑，调整落地剪力墙，以解决上部墙体超筋和轴压比超规范的问题。⑤转换梁不仅会产生弯矩和剪力，还会产生较大的轴力，这个轴力不容忽视，应在特殊构件定义中将转换层定义为弹性膜，在建筑层高允许的情况下适当加高转换梁的高度。

2　工程概况

该工程位于贵阳市，为一高层建筑。其地下一层为车库，层高5.4m；地上一、二层为商业，地上一层层高4.2m，二层层高为5.4m；3层以上为住宅，层高2.9m，地上31层，总高93.7m，建筑结构的安全等级为二级，位于Ⅵ度抗震设防区，地震加速度为0.05g，Ⅱ类场地土，地震分组为一组，粗糙度为C类，基本风压为0.3kN/m2。为满足建筑底部商业功能需求，结构方案选择底部框架-剪力墙，上部剪力墙的结构形式，即框支—剪力墙结构。框支框架抗震等级为二级，框支柱抗震等级为二级，底部加强部位剪力墙抗震等级为二级。非底部加强部位剪力墙抗震等级为三级。结构布置详图1。

图1

3　结构计算

梁式转换层结构设计是整个建筑结构设计中比较重要的一个部分，对整个建筑结构的安全性和实用性有着重要的影响。因此，在对梁式转换层结构进行设计的过程中，为了保证梁式转换层结构设计的合理性和准确性，一定要对相关数据进行严格计算。根据建筑物的实际受力变形状态构建计算模型的时候，应该通过三维空间的整体结构对模型进行整体分析，应用有限元的方法来对转换结构实施局部的补充和计算，务必确保设计计算的准确性。

本项目采用传统的空间有限元软件SATWE进行分析计算。根据项目方案阶段上部剪力墙的布置方案，首先布置框支柱，并根据建筑高度和框支柱柱跨预估转换梁截面，建立整体结构模型经由SATWE整体分析计算，根据规范验算梁端梁截面的抗剪能力（即V≤0.18fcbh0）。通过试算本项目框支框架相关梁跨、梁柱截面为：转换层所在层层高5.4m，最大梁跨7.8m，基于梁宽大于墙宽、梁高大于1/8梁跨的要求，转换梁截面选择为800mm× 1900mm，另根据轴压比0.7的限值，框支柱最大选用截面为1200mm×1200mm。在高层建筑结构计算过程中尚需要考虑扭转偶联效应及模拟施工加载，通过对比计算分析，采用施工模拟加载3的配筋，对于部分不合理配筋结果进行人工校核。此外对于结构层间位移角、位移比、周期比以及底部剪力墙分担地震剪力的大小均可以由SATWE整体分析得出，结合《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）两本规范调整以达到规范要求（如表1）。

4　构造措施

概念设计对于确保整体结构的安全可靠性具有重要作用，采取合理必要的结构构造措施是进行抗震设防的有效途径与方法，因此本工程采用了以下构造措施：

（1）转换结构在设计过程中，控制刚度突变是结构设计的首要目的，根据规范要求，转换层与其相邻上层的侧向刚度不应小于0.6，故在结构设计时本项目底部三层剪力墙厚度取400mm，3层以上为250～200mm；底部加强部位混凝土等级C45，4层以上C40～C30。为使建筑刚心与质心接近重合，在建筑物周边增设部分落地剪力墙，与刚度较大的核心筒相协调，减少整体结构的偏心进而降低结构的扭转效应，增加了底部框支框架的刚度，确保整体结构的刚度比满足限值要求。