高層建筑結構設計研究論文

　　【摘要】當前，城市化進(jìn)程的不斷加快使得我國高層建筑項目逐漸增多，高層建筑的梁式轉換層具有承上啟下的作用，需要對上部結構的豎向載荷進(jìn)行合理的分配，以減少結構突變與應力集中現象的出現，確保結構連續性與受力平穩性。此背景下，本文首先分析了高層建筑梁式轉換層結構設計相關(guān)內容，其次對高層建筑梁式轉換層結構設計要點(diǎn)進(jìn)行了詳細的闡述，以供參考。

　　【關(guān)鍵詞】高層建筑；梁式轉換層；結構設計

　　1引言

　　近年來(lái)，隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們的生活水平日益提升，對建筑物的要求也越來(lái)越高。為了更好的滿(mǎn)足人們對停車(chē)與購物等方面的需求，部分建筑物均采用了梁式轉換層結構，具有傳力明確、簡(jiǎn)潔等優(yōu)勢，已成為當前高層建筑結構設計重要形式。

　　2高層建筑梁式轉換層設計相關(guān)內容分析

　　2.1梁式轉換層結構設計特點(diǎn)就當前情況來(lái)看，梁式轉換層在高層建筑結構中獲得了十分廣泛的應用，其能夠將高層建筑的上下荷載進(jìn)行平衡的分配，避免結構形變與受力過(guò)度集中在少數部位，以確保建筑結構的良好穩定性。通過(guò)采取科學(xué)的設計方法和施工技術(shù)，例如在梁式轉化層中增設一些管道、通道或者線(xiàn)路，可以滿(mǎn)足建筑物多功能需要，為用戶(hù)提供暖氣、水電等保障。目前，國內帶轉換層高層建筑大多采用了上部剪力墻、下部框架式的結構設計，其中，框架剪力墻如圖1所示。此類(lèi)建筑結構需要使用轉換構件（例如托架式梁）來(lái)重新分配結構內力，以避免應力過(guò)度集中而導致結構形變現象的出現。2.2高層建筑梁式轉換層主要構造特點(diǎn)轉換層在高層建筑設計中獲得了十分普遍的應用，構造形式也呈現多樣化特征，具體如圖2所示�；�于當前國內高層建筑轉換層設計發(fā)現，梁式轉換層占比約為75%、板式轉換層占比約12%、桁架式轉換層（圖3）占比約為9.4%、箱型轉換層占比約為3.6%的。通過(guò)實(shí)踐應用發(fā)現，梁式轉換層具有以下特征：尺寸相對較大、應用十分廣泛、結構設計簡(jiǎn)單、便于施工使用、經(jīng)濟效益較高、性能穩定、工程造價(jià)核算便捷等，但如果設計不合理，就會(huì )影響整個(gè)結構穩定性和抗震效果，并且還會(huì )降低內部空間利用率。2.3高層建筑梁式轉換層受力特點(diǎn)梁式轉換層的主要功能在于維持高層建筑內部受力均衡，其能夠將上部密集小空間的豎向載荷傳遞至下部稀疏大空間中，由于高層建筑結構設計較復雜，功能也呈現多樣化特征，樓層內部荷載在豎向傳遞過(guò)程中可能會(huì )出現中斷與不連貫的問(wèn)題，極容易引發(fā)建筑整體結構剛度突變現象。一旦遇到地震災害，高層建筑由于下部結構比較疏密，極有可能發(fā)生坍塌和變形故障。所以，在進(jìn)行高層建筑轉換層結構設計時(shí)，首先要解決受力均衡問(wèn)題，以避免內部受力傳導不連貫而引發(fā)應力突變、結構形變等問(wèn)題，降低建筑結構破壞風(fēng)險，避免重大生命財產(chǎn)損失現象的發(fā)生。

　　3高層建筑梁式轉換層的結構設計要點(diǎn)

　　3.1轉換梁截面設計在進(jìn)行高層建筑梁式轉換層截面設計時(shí)，首先需要對梁的受力性能與轉換層的受力形式進(jìn)行充分的考慮，之后再選用適宜的計算方式。轉換梁截面主要包括托柱轉換梁截面與托墻轉換梁截面兩種形式，其中，在進(jìn)行托柱轉換梁截面設計時(shí)，需要對其截面尺寸范圍進(jìn)行全面的分析，該梁的受力形式與普通梁的受力形式基本相同，所以，應當在綜合考慮建筑物配筋情況的基礎上選用合理的計算方式。如果轉換梁的承托為斜桿框架形式，其軸向拉力會(huì )對其造成一定的影響，此情況下，設計人員應當在分析偏心受拉構件原理的基礎上，不斷優(yōu)化截面設計。在進(jìn)行托墻形式的轉換梁截面設計時(shí)，應對轉換梁與上部墻體共同工作的結構進(jìn)行充分的考慮，如果還存在深梁，則在進(jìn)行此類(lèi)截面設計時(shí)，應按深梁截面進(jìn)行設計，在部分情況下也可采用應力截面設計方法，但需要依據特定的設計公式計算縱向鋼筋數量。此外，對于鋼筋的布置，應沿著(zhù)梁高進(jìn)行。3.2轉換層分析計算方法在完成了轉換層整體計算之后，應當采用平面有限元計算軟件對轉換層進(jìn)行相應的計算，主要為補充計算其局部壓力。在進(jìn)行高層建筑轉換層局部分析時(shí)，需確保轉換結構上樓層與下樓層均在計算模型中，并且還要充分考慮樓層樓蓋平面內剛度，然后依據轉換層實(shí)際情況選擇合理的計算模型�？蛑Ъ袅�墻的計算相對復雜，其上部剪力墻需要連接至下面的諸多框支柱，如果存在連接不正確的現象，計算往往會(huì )出現較大的誤差，所以，在進(jìn)行轉換層框支剪力墻計算時(shí)，應在上部剪力墻與下部轉換柱之間設置轉換梁，以保證轉換梁與上部剪力墻可靠連接。3.3轉換層結構構件設計高層建筑轉換層附近的結構豎向剛度極容易發(fā)生突變問(wèn)題，豎向抗側力構件部位也極容易發(fā)生不連續的問(wèn)題，進(jìn)而導致轉換層上下有結構傳力突變問(wèn)題的出現，尤其是在強震作用影響下，建筑物薄弱部位就會(huì )相應的產(chǎn)生結構傳力突變。要想提升轉換層上部結構與下部結構的剛度，應當加大轉換層附近結構的構件剛度，以確保水平剪力的傳遞，并且還能夠在強震作用下確保結構底層具有一定的延性，避免出現脆性破壞。3.4轉換大梁設計①在高層建筑結構設計中，為了將轉換層樓板上層結構的水平剪力傳遞至下層抗剪結構，通常需要承受較大的平面內剪力與一些豎向荷載，這就要求樓板要有足夠的剛度與強度。②轉換層大梁具有承托建筑上部剪力墻或由柱傳遞的豎向荷載的作用，其自身受力較大，是建筑整體結構抗震的重要部位，所以，在進(jìn)行整體轉換層結構設計時(shí)，必須重視轉換大梁設計。3.5轉換層抗震設計在進(jìn)行轉換層結構設計時(shí)，由于設置了轉換層，沿著(zhù)建筑物高度方向剛度的均勻性會(huì )受到較大的影響，轉換層結構豎向承載力構件不連續與墻、柱截面的突變，還會(huì )導致傳力路線(xiàn)曲折等現象的出現，所以轉換結構的抗震性能大多較差。此情況下，為了確保轉換層結構的安全性，應當在建筑物的3層及以上部位布設部分框支剪力墻結構的轉換層，此方面目前已有相關(guān)規定。對于建筑轉換層的框支柱、底部剪力墻的抗震等級，應當按照《高規》中的相關(guān)規定提高一級使用，如果已經(jīng)為特一級，不應再提高。同時(shí)，還應積極實(shí)施提升相關(guān)構件抗震性能的抗震構造措施。對于高層建筑底部轉換層框架，如果核心筒結構與外圍是密柱框架的筒中筒結構，可不提高結構的抗震等級。此外，在進(jìn)行抗震設防烈度為Ⅷ度地區的抗震設計時(shí)，還應當對豎向地震作用的影響進(jìn)行充分的考慮。3.6樓板設計一般情況下，高層建筑結構的上部水平剪力需要通過(guò)轉換層傳遞至下部結構中，轉換層樓面在其平面內受力較大，使得樓板存在較明顯的變形現象，所以應當適當增加結構轉換層樓面的厚度，可采用厚度不低于180mm的現澆板，可促進(jìn)轉換層平面內剪力的重新分配，并且還可增強結構轉換大梁的側向剛度與抗扭能力，使得實(shí)際情況更加符合高層建筑結構整體計算中樓層剛度無(wú)限大的基本假設。如果混凝土強度大于C30，并且采用雙向雙排鋼筋網(wǎng)時(shí)，需確保每一排鋼筋的配筋率大于0.25%。此外，轉換層樓板部位不應當存在較大的開(kāi)洞，在進(jìn)行開(kāi)洞作業(yè)時(shí)，應當在洞口周?chē)�設置次梁或暗梁，樓板開(kāi)洞位置應盡量遠離外側邊，并且適當加強轉換層相鄰層的樓板。

　　4結束語(yǔ)

　　綜上所述，在高層建筑結構設計過(guò)程中，通過(guò)梁式轉換層的合理應用，可提升項目建設指標，確保高層建筑的穩定性。同時(shí)，梁式轉換層還可獲得顯著(zhù)的效益，所以，在高層建筑結構設計中，應當充分利用梁式轉換層，以保證高層建筑具備穩定的應力結構。此外，在高層建筑梁式轉換層結構設計時(shí)，設計單位必須嚴格遵循相關(guān)設計規范，避免設計問(wèn)題的出現，優(yōu)化高層建筑梁式轉換層結構設計。

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