关于建筑转换层结构设计中的重要问题的探讨

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  摘要:本文首先针对建筑转换层的特性及定义进行了详细地介绍,紧接着研究并讨论了建筑转换层结构设计的类别的划分与原则,最后给出在建筑转换层结构设计过程中需要注意的相关事项。笔者由此指出自己的建议与意见,以供建筑转换层的结构设计借鉴。
  关键词:结构设计;建筑设计;转换层;注意事项;
  一、关于转换层的定义和特性
  在建筑施工领域,我们时常看得到转换层这一建筑结构,但是因建筑物层面的不同,其结构与使用功能也会有所不同,故需以设定转换层的方式为过渡转换楼层的设施与上下部的结构。现如今我国的建筑设计尤其是高层建筑设计往往会采取住宅功能和商业功能相结合的设计模式,在建筑物下部创设举架比较高的大跨度商用建筑空间,而上层则挑选愈加紧密的设计手段,充分彰显建筑的居住功能。为了有利于划分不同的建筑结构与实用功能,则在建筑内部安设转换层从而便于对不同结构件的受力情况的调整,有效保证建筑物的使用安全性与稳定性。一般而言,转换层主要涵盖了以下这些功能:对建筑物内部的剪力墙结构或框架—剪力墙体系进行转换,实现剪力墙与框架之间的变换;改变建筑物上下受力柱的分布情况和分布密度;同时转变建筑层的结构形式和结构轴网,形成上下结构的不对齐布置三种。根据建筑物自身的特点和使用功能的需要,合理的选择转换层的设计模式,充分发挥出转换层在建筑领域所发挥的作用,能够进一步提高建筑物的稳定性,延长建筑物的使用寿命,对我国建筑行业的发展有着积极的促进作用。由于转换层的结构需要同时承受上部构造在重力的作用下产生的垂直荷载,以及悬挂下部结构产生的多层荷载,导致转换层结构内部长期存在有较大的内应力。此外,转换层的存在会对建筑物整体的受力状况造成较大的影响,在一程度上降低了建筑物的整体性,这就要求转换层的结构设计不能单纯遵循传统的建筑设计原则,而是要根据建筑物自身的特点进行灵活的设计,以满足转换层对刚度和强度的需求,确保建筑物的使用安全。
  二、原则及分类分析研究
  1、转换层的设计原则。首先,由于轉换层的设置会造成建筑物纵向刚度的突变,使其成为建筑物的薄弱环节,因此,在进行转换层的结构设计时,应当尽可能减少需要结构转换的纵向构件,并相应的增加直接落地的纵向构件数量,从而降低建筑刚性突变的程度,提高结构的抗震能力。其次,当转换层高度较低时,对建筑物重心与受力状况的影响相对较小,建筑物也因此更加稳固。所以,在进行转换层结构设计时,应当尽量降低转换层所处的位置,保证建筑物结构的稳固。最后,转换层的结构设计应当采取强化下部结构,弱化上部结构的设计思路,并选择具有明确传力路径的设计模式,在保证工程质量的前提下,降低转成的施工难度,控制转换成的施工成本,更好的实现建筑物的经济效益社会效益。
  2、转换层的结构设计的分类。一是梁式转换结构。梁式转换结构采用剪力墙、框支梁与框支柱相结合的结构布置方式来提高转换层的强度与刚度,具有结构可靠、施工难度低、传力路径清晰明确等特点,是目前我国建筑转换层结构设计中应用范围最广的转换结构。二是板式转换结构。板式转换结构最显著的特点便是能够在转换层之上随意布置结构形式与轴网,对于建筑物轴网布设较为复杂的建筑来说是十分合适的选择。但是由于转换板的受力状态较为复杂,传力路径不够明确,以及转换板自身特点的限制,使得建筑物在转换层处出现刚度的突变,令转换层成为建筑物的薄弱环节,降低了建筑物对地震的抵抗能力,因而应当谨慎使用。三是桁架转换结构。与梁式转换结构相比,桁架转换结构的受力状态更加明确,且具有较小的自重和良好的抗震性能,可以有效的提高建筑物的质量,去报建筑物的使用安全。但是桁架式转换结构的节点设计难度较大,给施工过程带来了一定的影响,从而限制了桁架转换结构的使用。桁架转换结构适用于高度达到 3m 以上的转换层设计当中,如果在桁架转换结构中采用预应力技术,则可以进一步减小构件的截面,达到节约空间、提高工程质量、降低工程成本的作用。四是斜柱转换结构。斜柱转换结构在是一种较为特殊的转换层结构形式,能够充分的发挥出混凝土的承压能力,有效的减少转换结构对建筑内部空间的占用。在设计斜柱转换结构时,需要注意结构内部的水平荷载,通过加设拉梁或圈梁的方式,可以找到平衡水平荷载的最短路径,提高转换层的刚度和强度。五是巨型框架结构。巨型框架结构是当前我国转换层结构设计领域发展的新方向,该结构由垂直分布的筒体或大型立柱以及数量不一的大梁构成,形式多变,性能优异,可以大大提高建筑物转换层的强度和刚度。但是需要注意的是,巨型梁的内部往往会存在一定的拉应力,因而应当将其归类为受拉构件进行设计。
  三、注意事项分析研究
  1、保证转换层的刚度。转换层的高度是决定转换层乃至建筑物整体质量的重要因素,特别是在高层建筑的设计与施工过程中,建筑本身高度与重量上的特点决定了转换层将会承受较大的垂直荷载,而转换层的结构又很容易令建筑物在转换层部位出现刚度突变,使转换层成为建筑物的薄弱环节,降低建筑物的抗震性能。因此,在进行建筑结构转换层设计时,要注意确保转换层的结构刚度不低于其上层结构刚度的 70%。为此,应当合理的调整转换层内部剪力墙的分布状况,适度的提高落地剪力墙的厚度,并使用强度等级较高的混凝土进行施工,同时尽可能将纵横墙按照筒体的结构进行排布,从而在根本上保证转换层的刚度,确保建筑物的抗震性能不受影响。
  2、提高转换层与建筑物的整体性。通过调整转换层的结构设计内容来提高转换层与建筑物整体性的,能够提高建筑物的稳定性,延长建筑物的使用寿命。为此,应当尽可能对其上下层之间的轴网,简化转换层的设计方案,尽可能令质量中心与刚度中心相对应,使转换层的受力更加明确,从而避免使用板式转换结构,以防止建筑物出现刚度突变的现象,达到提高建筑物整体性的目的。
  3、合理安排转换层的位置。由于建筑物的受力模式较为复杂,且建筑物内部的所受作用力的种类和分布都会随着建筑高度的增加而发生微妙的变化,当高度达到一定的范围后,建筑物所受的各项作用力的效果便会呈明显的上升趋势,给建筑物的设计带来困难。如果转换层的位置过高,不仅会令转换层内部的受力状况发生改变,还会对上下层面的刚度与受力方式产生影响,使转换层成为建筑物的薄弱环节,降低建筑物的抗震能力。因此,应当尽量降低转换层所处了位置,通常情况下,转换层的位置应以三层以下为宜,最高不得超过六层。
  四、结束语
  一般来说,在建筑物内部都会有转换层。因此,认识建筑转换层结构设计的特性、强化其设计效果,不仅能有效确保建筑物的防风抗震性能不会受到任何因素的影响,还能确保建筑物的使用性能,从而有利于我国建筑行业的发展。
  参考文献:
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