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【摘 要】 本文简要探讨了高层建筑在结构转换层上的分类、设计应用现状,以及针对结构转换层进行的几点优化设计研究方案.
【关 键 词 】 高层建筑；转换层；优化设计
高层建筑的转换层一般是指结构转换层,指高层建筑某层的下部与上部的平面使用功能有区别,因此采取不同的结构类型,而且转换结构起主要作用,那么此楼层就为高层建筑结构转换层.现在我国很多高层建筑都设置有结构转换层,其施工技术复杂,有很大的挑战性,对于建筑整体施工技术有比较重要的意义.
一、设计分类
(一)设计结构转换层.
对结构转换层进行设计,很明显就是指在差别性的结构之间进行系统优化设计,比如说,建筑物的上部为砌体结构,而建筑物的下部为框架结构,那么可以通过建筑上部砌体墙结构转化为框架结构,增大建筑空间.建筑下部一般用作商业活动,上部用作生活居住.这样的结构特点,一定要对建筑构件进行合理转换,将建筑上部砌体墙所接受的承载力转移到下部支柱.这样的高层建筑设计一般被叫做结构转换设计.
(二)设计功能转换层.
对功能转换层进行设计,通俗来讲就是于建筑的中部位置加设设备层.比如说高层建筑因为过高的高度会产生供水供电问题,由于地下室过远等原因也会造成水压与电压的超负载.所以需要在楼层的中部位置调节水系统的减压吃力设计,也要重新分配供电负荷.做这样的处理要有充足的空间,因此在设计高层建筑时,单独准备一层用作功能转换,这层也被叫做设备层.一般情况,功能转换层不超过2.20米,以便减少其占有的设计规划高度.
二、使用现状
现在我们国家高层钢筋混凝土建筑多为20至50层,最普遍的是20至35层,这个范围的建筑占到所有高层建筑数量的超80%.这一高度范围的高层建筑所占的比例最大,符合我国现实经济发展情况.很多高层建筑都是商业与住宅合为一体的综合性建筑,单纯的住宅、单纯的写字楼所占比例不多.一般的情况是,下部一层到八层为商场、超市、.地下用作停车场,在八层以上,多用作酒店、宾馆、写字间与民用住宅.根据相关的数据资料,高层建筑75%以上都设有转换层,因为转换层的设计难度大,施工工艺复杂,要求精准,因此对设计的要求非常高.我们应当有效捕捉具有高度融合作用的建设标准,准确把握住建筑设计的控制力度,让科学准确的设计计划实施变为可能,使整体结构与设计方案达到完好综合.把原来的设计手段进行创新,让各相关专业达到同步配合,做到一边监督,一边设计.让设计过程更加科学规范.
三、施工技术分析
(一)高层建筑转换层模板支撑技术.
高层建筑的转换层模板,其四周的模板、下底模板、内部模板是其主要构成部分,一般选取组合钢模板当作四周外侧模板,而选择木质胶合板当作内侧模板和底模板.选择外部直径为4.8公分的钢管当作梁模板拉杆与剪力撑.选取两件型号相同的外部直径为4.8公分的钢管当作模板主楞.并且其中的间距在7.0公分.选取规格在100×50的木方当作模板次楞,次楞间距为3.5公分.要注意模板的主楞不可以放到支架横杆上,而是要放置在托顶之上.选取外直径为4.8公分的钢管当作侧模水平杆.把其拉接到暗梁主筋的时候,同时应该同板内的钢筋水平焊接牢固.这样才能保证大截面梁模板的安装质量.可以选择门式的脚手架当作支撑系统,再加上能够调型的底座与顶托,而且门架间距应该在90与95公分之间.选择规格为8×10公分的木方当作转换大梁龙骨,其间距为35公分.
(二)高层建筑转换层模板拆除技术.
模板拆除的时间如果不能准确把握,那么就有可能会使得全部换层的工作全都受到不利影响,使施工造成没有必要的麻烦.高层建筑的转换层在施工期间,一定要保证一至三层的梁板支撑得以保留,等到模板所支撑的混凝土完全符合要求以后,再拆除模板与其支撑.
四、创新优化设计
(一)防止高位转换
因为高层建筑在结构上日趋复杂,转换层自然也不例外,转换层的纵向刚度会形成某种意义上的突发性变化,再加上转换层内力效应,极易形成薄弱层,减少抗震水平.所以在设置转换层时,应当遵循在合理的范围内尽量靠下的原则,把转换层的位置设置在低层数.最好是三层以下,原则上不超过六层.防止高位转换影响到抗震效果.
(二)合理布局支柱与剪力墙.
设计结构转换层时,不管应用何种结构,都一定要保证部分剪力墙可以直接落地,均匀设计转换层下部的框支柱,剪力墙与框支柱间的距离不能太大,一般控制在12米之内.剪力墙应当进行大格局设计,重点强化墙体下部,保证下部结构强度符合设计规范要求.
(三)规范掌握结构刚度.
根据相关的国家规定,转换层下部与上部间的剪切刚度比最好为1,不能超过2.为使剪切刚度比处于1和2中间,一般要通过下面的办法,增加剪力墙落地宽度,转换层下部应当寻找合适的位置增加剪力墙范围,加大其受力面积.对上部剪力墙的数量与宽度进行严格控制.可以通过减少下部结构断面高度的办法对层高进行压缩.为了避免转换层周围形成突变的可能性,应当控制住上下两部分的结构等效刚度,若无法准确求取刚度,则要用结构位移的数据间接计算得到,一般用程式化的计算得到楼层位移的各项数值,以此表达出该楼层的准确等效刚度.
(四)上下轴网对齐.
如果高层建筑在转换层设计上,发生上下轴网错位的现象,那转换层在结构上就必须采取厚板型结构.厚板型结构缺点很多,其设计难度大,承载力弱,施工难度高,而且经济效益差,是转换层结构中最不合理的一种.为了防止应用厚板型结构,就必须把上下轴网对齐的工作做好,之后便可以采取其他类型的较为经济的结构转换层.轴网对齐标准越高,越容易进行设计,其受力性得到保障的前提下,经济性也越实惠.能否对齐轴网,取决于结构设计方案的科学性与协调性.
(五)合理设计转换梁.
对于两边突出的支力墙所形成的较大剪力,一定要在在两边进行加腋,对剪力形成对冲抵抗,将因为短支墙传送给框架柱上的内力缓解掉,这样既可以保证转换层空间符合使用要求,也能达到设计上的最优化效果.
(六)布置转换层配筋.
转换层在结构上有别于普通杆件和薄壁杆件,内部的受力情况复杂而集中,因此设计时应当考虑到整体控制计算,用有限元分析当作补充计算条件,一般来说,墙元分析可以当作不同位置应力的计算基础.应用有限元计算出配筋需求量,按照转换层构造上的区别,设置不同的配筋比例.可以分别做出如下要求：根据规范要求对转换梁进行设计与施工；要按照实际需要增加转换层楼板的厚度与强度.板材厚度不小于180,应用双向双层配筋,配筋比不小于0.30%.适当注意加强下部与上部楼板,剪力墙框柱轴比值要符合相关的规范性文件要求.轴压比不能超过0.6.要加大转换层下部中心位置筒墙厚度.普通住宅的厚度需要再原有基础上增加1.0至1.5米,强度等级也需要相应提高5至10帕.若有需要,应当在转换层增加承重短柱与剪力墙,以对底层刚度进行补偿.
总结
高层建筑的转换层在高层建筑总体格局中占有非常重要的地位,我们要充分认识到其设计施工的现实意义,加强转换层模板施工、混凝土工程、钢筋工程等方面的研究与优化设计,严格遵循施工工艺,保证工程质量.