浅谈在建筑结构设计中如何提高建筑的安全性

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摘要: 转换层设计是高层建筑结构设计中非常关键的部分。论文以带转换层的高层建筑结构为研究对象，分析了建筑设计中的安全问题，最后重点探讨了如何在建筑结构设计中如何提高建筑的安全性。

关键词：带转换层；设计； 建筑的安全性

Abstract: the conversion layers design is in the structural design of high-rise building is a key part. Taking the high-rise building with conversion layers structure as the research object, analyses the architecture design of security problems, finally discusses how to design of the building structure in how to improve the safety of the building.

Keywords: take conversion layers; Design; Construction safety

中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：

近年来随着科学技术的进步，现代高层建筑结构向着体型复杂、功能多样的综合性方向发展，带有转换层的高层建筑得到了大量应用。由于建筑功能的需要，形成了建筑上层的结构形式与下层的结构形式不一样；或上下层结构形式一样，但上下层结构的柱网的尺寸不一样。为解决这一矛盾，就采用了转换层结构。高层建筑结构转换层形式有梁式楼盖转换、箱形楼盖转换、析架转换、厚板转换和斜柱转换。

1带转换层建筑结构的特点及存在安全问题

1.1结构转换层的特点

1）转换结构构件常常承受其上部结构传下来的巨大竖向荷载或悬挂下部结构的多层荷载，使得转换结构构件的内力很大，因此，竖向荷载成了控制转换结构构件设计的主要因素。2）转换结构构件通常具有数倍于上部结构的跨度，转换结构构件的竖向挠度成为严格控制的目标。3）转换结构的连续施工强度大，有的施工过程复杂，有一定的难度。4）结构中由于设置了转换层，沿建筑物高度方向刚度的均匀性会受到很大的破坏，力的传递途径有大的改变，这决定了转换层结构不能以通常结构来进行分析和设计。

1.2带转换层建筑结构的安全问题

转换层在国内外早就有研究和应用。早在上世纪五十和六十年代，苏联和东欧一些学者就提出了柔性底层板材房屋的设计方案，也就是上部均为剪力墙、下部均为框架的结构体系，并认为柔性底层有利于隔震，提高整座建筑物的抗震能力，因而兴建了不少这样的房屋。这是初次通过设置转换层而取得底层大空间的尝试。但是，震害的结果表明，这种柔性底层的剪力墙房屋并不具有人们所希望的隔震、抗震能力，框支剪力墙结构的侧向刚度在剪力墙和框架交接的楼层处发生突变。在强烈地震力的冲击下，结构因底层框架刚度太小、侧移过大、延伸性差以及强度不足等而引起破坏，甚至整座建筑物的倒塌。例如1964年南斯拉夫斯可比耶地震，这类房屋很多倒塌或严重破坏；1978年罗马尼亚布加勒斯特地震，许多这样的住宅、计算中心建筑由于底层柱破坏而倒塌；1988年12月原苏联亚美尼亚地震总结出同样的教训:底层柔性的房屋抗震性能很差，地震中破坏严重。所以，底层均为框架的纯框支剪力墙结构体系，在地震区不宜采用。

2建筑结构设计中如何提高建筑的安全性

2.1竖向布置

1）应避免高位转换。根据前人研究成果，转换层位于3层以上时，层间位移角、剪力的分配及传力途径发生急剧突变，易形成薄弱层，抗震非常不利。对部分框支剪力墙高层建筑结构，其转换层的位置，7度区不宜超过第5层；8度区不宜超过3层。转换层位置超过上述规定时，应作专门研究并采取有效措施，6度时其层数可适当增加；底部带转换层的框架-核心筒结构和外筒为密柱框架的筒中筒结构，其转换层的位置可适当增加。

2）布置形式。沿高层建筑方向转换结构可以是分段布置，形成大框架套小框架的巨型框架结构；可以间隔布置，形成错列墙梁或析架式框架结构，这种情况是要求没有支撑障碍的宽敞内部空间，它必须采用大跨度楼盖结构，即采用一组三层水平构件的梁系统，由转换大梁来支撑主梁，再由主梁支撑次梁。这里的转换大梁起到解决大跨度楼盖和改变各主梁间距的作用，与用它来改变柱列是同一实质；错列剪力墙结构也可设置于建筑物的顶部，悬挂下部结构的荷载；叠层承托析架结构及多梁承托结构。

2.2结构加强层

当建筑物较高柔(例如框架-简体结构)，整体刚度有可能不足时，在结构竖向的一定部位设置水平刚性楼层(即加强层)，人为地加强结构的整体弯曲效应，这时转换层可同建筑物的加强层、设备层等统一考虑。由于刚度突变导致层间位移角、剪力的分配及传力途径发生急剧突变，形成薄弱层，就应控制好转换层的侧向刚度比，抗震时不应大于2。

2.3转换层结构计算的一般原则

1）带转换层的高层建筑结构可分别情况，按空间协同工作分析方法、三维空间分析方法或其它有效方法进行整体内力与位移计算。此时转换构件作为结构的一部分参与整体计算。巨型框架结构可将主框架连同次级框架一起作为整体结构进行空间分析。当次级框架梁，柱的刚度较小时，也可以将次级框架作为荷载，只对主框架进行空间分析，此时，次级框架只对竖向荷载进行内力计算。底层柱上端和转换梁(墙)宜采用平面有限单元法进行局部应力分析并相应配置钢筋。底部框支剪力墙在转换梁附近墙体宜采用平面有限单元法进行局部应力分析，此时宜采用高精度的平面应力单元。转换平板，箱形结构宜采用板单元或组合单元进行局部应力分析。2）转换层的高层建筑结构，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数。特一、一、二级转换构件水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数1.8、1.5、1.25；8度抗震设计时转换构件尚应考虑竖向地震的影响。带转换层的高层建筑结构，其框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用：每层框支柱的数目不多于10根，当框支层为1~2层时，每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框为3层及3层以上时，每根柱所受的剪力应至少取基底剪3%；每层框支柱的数目多于10根，当框支层为1~2层时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的20%；当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁(不包括转换梁)的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。

2.4结构布置

1）底部大空间部分框支剪力墙高层建筑结构在地面以上的大空间层数，8度时不宜超过3层，7度时不宜超过5层，6度时其层数可适当增加；底部带转换层的框架-核心筒结构和外筒为密柱框架的筒中筒结构，其转换层位置可适当提高。剪力墙和筒体底部墙体应加厚。转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比；底部大空间为1层时，等效剪切刚度比Y宜接近1，非抗震设计时Y不应大于3，抗震设计时丫不应大于2。底部大空间层数大于1层时，等效侧向刚度比Ye宜接近1，非抗震设计时Ye不应大于2，抗震设计时Ye不应大于1.3。框支层周围楼板不应错层布置；框支剪力墙和筒体的洞口宜布置在墙体的中部；框支剪力墙转换梁上一层墙体内不宜设边洞，不宜在中柱上方设门洞。

2.5截面设计

1）截面的限制条件：框支梁与框支柱截面中线宜重合；框支梁截面宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，且不宜小于其上墙体截面厚度的2倍，且不宜小于400mm；当梁上托柱时，尚不应小于梁宽方向的柱截面宽度。梁截面高度，抗计时不应小于计算跨度的1/6，非抗震设计时不应小于计算跨度的1/8；框支梁可采用加腋梁；2）配筋构造：梁上、下部纵向钢筋的最小配筋率，非抗震设计时分别不应小于0.3%；抗震设计时，特一、一和二级分别不应小于0.6%、0.50%和0.40%；b.受拉的框支梁，其支座上部纵向钢筋至少应有50%沿梁全长贯通，下部纵向钢筋应全部直通到柱内；沿梁高应配置间距不大干200mm、直径不小于16mm的腰筋。框支梁上部的墙体开有门洞或梁上托柱时，该部位框支梁箍筋应加密配置，箍筋直径、间距及配箍率按规范采用，当洞口靠近框支梁端部且梁的受剪承载力不满足要求时，可采取框支梁加腋或增大框支墙洞口连度等措施；框支梁不宜开洞。若需开洞时，洞口位置宜远离框支柱边，上、下弦杆应加强抗剪配筋，开洞部位应配置加强钢筋，或用型钢加强，被洞口削弱的截面应进行承载力计算。

3结语

论文重点针对转换层设计是高层建筑结构设计中非常关键的部分。论文重点针对以带转换层的高层建筑结构为研究对象，分析了建筑设计中的安全问题，最后重点探讨了如何在建筑结构设计中如何提高建筑的安全性。希望对实际工程提供借鉴。

参考文献：

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[2]梁炯丰，张敏.高层建筑转换层结构综述.石家庄铁道学院学报，2006，19:186~189.

[3]徐培福，傅学怡，王翠坤，肖从真.复杂高层建筑结构设计.北京:中国建筑工业出版社，2005