高層建筑結構設計研究論文
【摘要】當前，城市化進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內容，其次對高層建筑梁式轉換層結構設計要點進行了詳細的闡述，以供參考。
【關鍵詞】高層建筑；梁式轉換層；結構設計
1引言
近年來，隨著社會經濟的迅速發展，人們的生活水平日益提升，對建筑物的要求也越來越高。為了更好的滿足人們對停車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、簡潔等優勢，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內容分析
2.1梁式轉換層結構設計特點就當前情況來看，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行平衡的分配，避免結構形變與受力過度集中在少數部位，以確保建筑結構的良好穩定性。通過采取科學的設計方法和施工技術，例如在梁式轉化層中增設一些管道、通道或者線路，可以滿足建筑物多功能需要，為用戶提供暖氣、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。此類建筑結構需要使用轉換構件（例如托架式梁）來重新分配結構內力，以避免應力過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。基于當前國內高層建筑轉換層設計發現，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。通過實踐應用發現，梁式轉換層具有以下特征：尺寸相對較大、應用十分廣泛、結構設計簡單、便于施工使用、經濟效益較高、性能穩定、工程造價核算便捷等，但如果設計不合理，就會影響整個結構穩定性和抗震效果，并且還會降低內部空間利用率。2.3高層建筑梁式轉換層受力特點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程中可能會出現中斷與不連貫的問題，極容易引發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，極有可能發生坍塌和變形故障。所以，在進行高層建筑轉換層結構設計時，首先要解決受力均衡問題，以避免內部受力傳導不連貫而引發應力突變、結構形變等問題，降低建筑結構破壞風險，避免重大生命財產損失現象的發生。
3高層建筑梁式轉換層的結構設計要點
3.1轉換梁截面設計在進行高層建筑梁式轉換層截面設計時，首先需要對梁的受力性能與轉換層的受力形式進行充分的考慮，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，在進行托柱轉換梁截面設計時，需要對其截面尺寸范圍進行全面的分析，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，不斷優化截面設計。在進行托墻形式的轉換梁截面設計時，應對轉換梁與上部墻體共同工作的結構進行充分的考慮，如果還存在深梁，則在進行此類截面設計時，應按深梁截面進行設計，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，應沿著梁高進行。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行相應的計算，主要為補充計算其局部壓力。在進行高層建筑轉換層局部分析時，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，然后依據轉換層實際情況選擇合理的計算模型。框支剪力墻的計算相對復雜，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，計算往往會出現較大的誤差，所以，在進行轉換層框支剪力墻計算時，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生突變問題，豎向抗側力構件部位也極容易發生不連續的問題，進而導致轉換層上下有結構傳力突變問題的出現，尤其是在強震作用影響下，建筑物薄弱部位就會相應的產生結構傳力突變。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，在進行整體轉換層結構設計時，必須重視轉換大梁設計。3.5轉換層抗震設計在進行轉換層結構設計時，由于設置了轉換層，沿著建筑物高度方向剛度的均勻性會受到較大的影響，轉換層結構豎向承載力構件不連續與墻、柱截面的突變，還會導致傳力路線曲折等現象的出現，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》中的相關規定提高一級使用，如果已經為特一級，不應再提高。同時，還應積極實施提升相關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，在進行抗震設防烈度為Ⅷ度地區的抗震設計時，還應當對豎向地震作用的影響進行充分的考慮。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，使得實際情況更加符合高層建筑結構整體計算中樓層剛度無限大的基本假設。如果混凝土強度大于C30，并且采用雙向雙排鋼筋網時，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洞，在進行開洞作業時，應當在洞口周圍設置次梁或暗梁，樓板開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
綜上所述，在高層建筑結構設計過程中，通過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，梁式轉換層還可獲得顯著的效益，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，設計單位必須嚴格遵循相關設計規范，避免設計問題的出現，優化高層建筑梁式轉換層結構設計。
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