研究高层建筑中的转换层结构设计要点

2020-09-14 12:24:19 中国房地产业·上旬 2020年9期

【摘要】高层建筑的功能多、类型多,需采用梁式转换层结构,满足高层建筑的结构需求。高层建筑中梁式转换层有着重要的作用,提高了建筑施工的质量,同时保障高层建筑的抗震能力,设计人员应充分掌握结构转换层方面知识,并且与实际要求相结合,在符合设计规范的基础上做出科学合理的设计,使建筑物的稳定性得到切实保障。本文对带结构转换层的高层建筑结构设计进行了探讨。

【关键词】高层建筑;梁式转换层;设计

1、引言

随着建筑行业的发展,高层建筑的功能越来越多,居住、娱乐、销售等多个功能均集中体现到建筑工程中,这时就需要梁式转换层结构设计来规划建筑功能,确保高层建筑能够满足功能的需求。梁式转换层设计在高层建筑中具有足够的稳定性,完善了建筑结构设计,确保高层建筑的整体安全性。

2、带转换层高层建筑结构设计的基本原则

通常来说,由于高层建筑上下部分的功能与用途上有所不同,所以所运用的结构设计形式也存在不同,旨在以此来确保建筑设计达标及符合建设需求。而且要对楼层间的结构实施转换的处理措施,确保建筑物整体性的结构得到稳定。即称之为建筑物的结构转换层。现阶段国内的建筑结构转换层主要呈现以下三类形式:梁式、板式以及箱形的转换层。作为建筑设计人员必须要综合工程实况需求来进行考量,并对类型不相同的结构必须展开具有针对性的不同设计,以确保结构设计的科学与合理。在此需要注意的设计原则如下:①对建筑物的相关信息及数据要注意收集和整理,以确保所掌握的施工数据的准确性。②落实好工程建模方面的工作,将数据和信息切实有效的输入至计算机中,并依照有关的规范标准输出信息,进而确保建模设计质量的提高。③对建筑物的整体结构展开计算,尽最大限度确保高层建筑结构自身的载荷能力和抗震性能最大化呈现,以提升转换层设计效果。

3、高层建筑对梁式转换层的功能需求

高层建筑对梁式转换层设计有一定的需求,高层建筑的功能决定了梁式转换层的应用方法[1]。现阶段高层建筑中,什么类型的工程需要用到梁式转换层是行业中较为关注的问题,这样能够明确梁式转换层在高层建筑中的实际应用。高层建筑结构中设计了非常密集的下部结构,虽然下部结构稳定性比较好,但是建筑的楼层越高受力就越不稳定,尤其是上方受力密度会呈现下降的趋势,建筑整体上会有下密上疏的表现,上部结构大多为办公、居住的功能,不能有密度低和受力不均的情况,这种情况下高层建筑就应该设计梁式转换层结构,梁式转换层促使高层建筑上下结构之间的传力均衡,避免出现应力集中的情况,平衡高层建筑的内部受力,同时还能把控好整个建筑结构的安全与稳定。

4、高层建筑中梁式转换层的形式及结构设计要点分析

4.1高层建筑中梁式转换层的形式

高层建筑梁式转换层中常见的形式有如下几类,分别是:梁墙梁式结构、厚板结构、箱型结构、斜杆支架式结构、空腹支架式等几类,高层建筑中有80%比例的工程项目中选用了梁式转换层结构,高层建筑的底部大空间剪力墙结构中大多都采用了梁式转换层结构,目的是完善建筑功能,强调高层建筑结构的稳定性。4.2高层建筑带转换层的结构设计要点

高层建筑最大的特点就是高度高且结构复杂,因此其施工难度也往往较大,尤其是在运用带转换层的结构模式,则会进一步加大其施工难度。由于国内在高层建筑转换层的具体应用及相关研究起步较晚,所以目前在技术方面尚处于初级阶段,在经验上也相当的不足,施工过程中经常会遇到这样或那样的问题。而当问题出现后,我们要做的是逐个对问题进行认真分析,找出有效的解决对策,这样才能够保障工程质量。经实践发现,在高层建筑带转换层的结构设计中,主要需要注意以下要点:①在设计过程中,转换层下方的结构不能设计成柔软层,否则其力度不足以支撑起整个建筑,容易发生建筑倒塌事故,危害到人民财产安全;②在设计过程中,转换层上、下部结构的抗侧刚度可以设计得相近,这样在改变轉换层的刚度系数时可以更加方便有效;③在设计过程中,底部转换层的刚度与高度是互相影响、互相联系的,所以应当在满足建筑所需刚度的前提下,合理对转换层的高度进行控制,这样可以更加提高建筑的稳固性;④在设计过程中,一般高层建筑带转换层的结构模式都有专门的施工规范,所以应当要严格依照相关施工规范来进行施工设计,以保证设计和施工具备合理性、科学性以及可行性。对此,在开展高层建筑转换层的实际设计过程中,必须要严格遵循上述要点来进行设计。

5、梁式转换层的设计要点和注意事项

梁式转换层在高层建筑中的设计要点主要有3点,探讨这3点设计要点和注意事项,如下:

5.1框支柱设计要点及注意事项

框支柱在高层建筑梁式转换层中的设计要注意建筑自身的地震级别,按照地震级别规划框支柱级配,框支柱的设计参数需灵活调整,设计中参考一级轴力值和二级轴力值,调整完之后放大受力值,选择匹配的扩大系数,建议一级为1.50,二级为1.25,在此基础上计算框支柱数量。框支柱设计中要注意框支柱决定了梁式转换层中的框支层。框支柱设计时的受力总和不能超过地基受力的百分之二十,假如高层建筑梁式转换层中的框支柱超出10根,此时框支层可设计成1层、2层[3]。框支柱设计中,剪力、受力以及框支层中出现的差异要根据梁式转换层在高层建筑中的实际情况调整或确定,进而计算出框支柱的设计数值,应用到高层建筑的梁式转换层上。

5.2截面设计要点及注意事项

高层建筑梁式转换层中的截面设计要根据梁结构的受力状态,同时根据转换层的受力,设计出柱型截面或者托墙型截面。截面设计时要计算出截面的尺寸大小,规范设计截面的配筋,要以梁式转换层的实际情况为根据设计剪压比,为了预防截面上有脆性破坏,还需调整转换梁的截面尺寸,一定要保证截面有正确的含箍率,计算中要把剪力值乘上1.2,该数值为放大系数,梁式转换层的主筋中不能设计接头,需要有一半以上的主筋设计成贯穿状态,截面的梁式转换层上不能有开洞设计。截面设计中要注意使用混凝土的强度不能低于C30,如有满跨的情况就要采取深梁设计,确保梁式转换层能够起到作用。截面设计时还要重点考虑轴向拉力的影响,根据实际情况提升纵筋的配筋量,设计时不要运用偏心受拉构件,一定要确保截面设计符合高层建筑的需求,确保梁式转换层的准确应用。

5.3框支梁设计要点及注意事项

框支梁在梁式转换层中的设计要点集中在受力分析和参数计算两个点上,高层建筑的梁式转换层中,框支梁存在多方受力,如结构载荷、内部传输力等,以剪压比为参考计算出框支梁界面的尺寸,框支梁界面和梁式转换体存在着直接的关系,尤其是稳定性关系,框支梁设计期间必须要考虑框支梁跨度的影响,一般情况下框支梁跨度的六分之一用作框支梁跨度设计的参考,而高层建筑墙体厚度关系到框支梁的宽度数值,框支梁宽度可设计成墙体的两倍,不能低于4m。框支梁设计时非常复杂,其有繁琐的受力结构,其为梁式转换层中较为复杂的一类,合理设计框支梁的受力,准确计算框支梁中的参数,发挥框支梁中级配受力的应用。

5.4 对楼板进行设计

对于高层建筑转换层楼板,最主要的任务就是对上下楼层的剪力进行有效传输。通过对剪应力设计楼板的刚度以及强度进行有效结合,确保楼板技术承受非常大的剪应力也不会出现任何开裂或者变形。对于转换层楼板的最小截面高度而言,应该是要超过18厘米的,而且在板面以及板底之间应该进行双向配筋,这样可以使得钢筋能够在楼板墙体或者在周边边梁当中进行很好的固定。对于转换层楼板而言,是不能出现任何错层的,在简体位置以及落地剪力墙位置楼板不能出现任何开洞情况,这样就可以将转换层楼板的整体性大幅度提升上去。在对高层建筑的使用功能以及设计需求进行充分考虑之后才可以对楼板进行开洞操作,而且还可以将边梁在洞口周边进行布置,通过进行机械焊接完成对钢筋的接头[4]。

6、梁式转换层设计在高层建筑中的发展前景

高层建筑中梁式转换层设计的发展前景非常好,梁式转换层的发展中,可以汇总出3类在高层建筑上较为常用的结构,分别是:(1)钢骨混凝土转换层,此类梁式转换层的优势较多,比如刚度优势、承载优势等,这类结构在高层建筑中并没有普及起来,是未来发展的主要结构形式,其可减少支模拆模的操作量,加快工程进度[4];(2)预应力混凝土转换层,此类结构的转换层中,混凝土受到一定程度的预压应力,避免混凝土有开裂的情况,而且预应力混凝土结构的梁式转换层有着轻量的优势,有助于节约材料和成本,其适用于大跨度转换的高层建筑中;(3)新型转换层结构,该结构也就是叠层桁架结构,这种结构是跟随着高层建筑的发展而兴起的,把多个大截面的桿件结合起来,结合的方式为桁架空间叠层,促使新型转换层结构能够稳定的传递高层建筑中的荷载,实现功能转换。

结语:

随着人们对高层建筑功能性和实用性的要求越来越高,结构转换层的设计理念和技术也在不断的提高和创新。结合高层建筑结构来说,它本身就要承载强度很大的荷载力,所以转换层作为其中的应力结构,其涉及难度很大且要求很高。所以高层建筑的结构转换层设计对高层建筑多功能、复合型性能的正常发挥有着决定性的作用。它也是高层建筑整体工程质量中十分关键的一环。

参考文献:

[1]鲍广洲,林雷,穆瑞宝,等.梁式转换层施工技术在高层建筑中的应用[J].施工技术,2014(9):19-22.

[2]赵文文,祁娜.梁式转换层构件在高层建筑带梁式转换层中的合理布置[J].施工技术,2013,42(22):94-97.

[3]柯松.高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用研究[J].低碳世界,2016(06):128-129.

[4]杨一洋.探究梁式转换层结构设计在高层建筑工程中的应用[J].建材与装饰,2019(11):107-108.

作者简介:

陈丰(1975.08—),湖南南县,汉族,研究生,高级工程师,现主要从事结构设计工作。