高层建筑预应力混凝土板式转换层结构设计探究

【摘要】在高层建筑中转换层主要是为了对上下部不同使用功能及用途的结构进行连接，其对保证高层建筑使用性能有着非常重要的作用，为此在转换层发展过程中出现了不同的结构设计，而预应力混凝土板式转换层在实际使用中可以有效提高结构的强度及抗裂性能，具有较高的应用价值。对于此结构的设计需要从其原理入手，结合建筑工程实际情况及结构特点进行设计，从而保证设计的合理性及可靠性，使高层建筑在应用中可以维持结构的稳定性。

【关键词】高层建筑；预应力；转换层；结构设计

在现代城市中高层建筑已经成为标志性建筑物，再加上物质经济的高速发展使人们对建筑的使用要求增多，现今高层建筑上层多为住宅、中层多为商用、下层多为商场，在不同的使用功能及使用性能下其对空间结构的大小、布置的要求也有一定的区别，因此在建筑设计中必须要应用转换层来对空间的上下结构进行过渡，从而避免因建筑结构不同出现上下部结构因应力而出现变形坍塌的情况，而对于通过转换层结构设计来保证建筑结构的整体性以下则进行了详细的分析。

一、采用预应力混凝土板式转换层的优点

1、抗裂性能好

在转换层应用中其通常需要跨越建筑的整体平面，过大的跨度会增加转换层结构出现裂缝的情况，在上部结构长期施加作用力的影响下开裂部位易受外力影响出现严重的损伤，造成高层建筑整体结构的稳定性受到影响。而在预应力技术的使用中，其可以根据建筑形式采用钢筋混凝土结构来提高转换层的结构性能，减少转换层开裂问题。

2、抗冲切能力强

此结构在应用中可以有效的降低结构产生的冲切力，从而避免出现结构变形的情况，并且在预应力技术的应用中可以忽略施工中可能发生的冲切力，从而使施工操作得到简化，提高施工效率。

3、结构强度提高

在混凝土板式转换层中应用预应力可以将上部结构所施加的载荷均匀的分散到结构的每一处，避免转换层的某一点因承受过大的压力而出现变形、开裂的情况，同时此结构在使用中可以将作用力均匀的传递给下部结构，从而提高了建筑整体的抗震性能。

二、根据工程实际设计预应力转换层结构

预先进行反复试验，在工程施工开始前，设计部门依据工程实际选择使用预应力厚板混凝土板式转换层结构。分析试验结果对厚板的内应力厚薄数值进行确定，在采用预应力厚板转换层结构时，须特别留意板边和板角部分，同时还要保证使用施工中建筑的上层和下层结构刚度系数比较接近，要时刻注意下部结构层，因为当转换层发生位移时，下部结构的塑性变形会相当严重。在程式、解算中采用预应力混凝土板式转换层结构的各项参数，根据解算的结果，等效交叉梁系的方法，计算施工中预应力厚板实体。一般是根据支承距离来决定单侧等效交叉梁的宽度，普遍取0.5 倍的两段支承距离，同时要考虑到使其宽度不能超过约 6 倍的板厚度。同时施工中要特别注意以下两个部位：一是厚板顶部，二是支承柱的边沿区域。

三、设计转换层结构时的若干要点

1、方案设计不能违背的原则

（1）首先在预应力混凝土板式转换层中其设计中对竖向构件的应用较少，在进行施工的过程中应注意不要随意增添竖向构件，严格按照规定进行方案设计，保证结构的刚度，避免此结构在使用中稳定性受到影响。

（2）对于高层建筑的转换层应对其高度进行严格的设计，避免因转换层过高而影响了其对上部结构压力的传递作用，尤其是在预应力技术应用中需要将其结构与建筑整体结构进行融合，保证浇筑质量，达到设计全面兼顾的效果，提高建筑性能的同时保证建筑整体的质量。

2、预应力混凝土板式转换层结构的布置

转换层下部区域结构的刚度分布情况转换层刚度分布合理与否是转换层结构设计方案的重点内容。如果刚度较大，地震反应和结构竖向刚度会出现急速膨胀，转换层上下受力都不均衡，材料使用量也增加，在经济性上也不科学。如果刚度过小，沉降差出现，次应力产生，配筋增加，尤其在转换次梁中更加突出。因此，在转换层设计过程中，竖向刚度的变化是经常遇到的问题，彰显复杂性。在进行抗震设计考虑的时候，要保证位于转换层主体结构的剪切刚度达到技术标准。而在此结构中主要是利用剪力墙的形式将上下部结构四角进行连接及贯通，为了保证转换层不会出现变形情况需要保证其竖向构件刚度参数，保证上下部分刚度数值基本持平，并且剪力墙可以有效提高下部结构的整体刚度，保证其抗扭能力增强，降低上部应力产生的集中压力，通过分散其作用力来改善此转换层结构的薄弱部分。同时在刚度的确定上要考虑结构整体的抗震性能，刚度比数值应在 2 以内。

3、分析转换层结构的设计要点

（1）剪力墙作用于结构上下部分的刚度传输。为了实现不同结构之间内力的传递，要避免二者刚度的突然变化，可以立足以下两个方面实现解决：首先，在上部，要保证较小的刚度值，减少剪力墙，缩短墙肢；其次，增大下部刚度。在保证使用效能的前提下，设置若干剪力墙，保证布局合理、对称，防止出现集中的情形。

（2）合理确定转换层结构的刚度值。在进行转换层结构设计的时候，一个重要的值就是转换层结构的刚度值。一旦出现刚度标的现象，地震反应就会出现，竖向刚度会急剧增大，使得上下层不利于受力和均衡性，另外，材料的需要增加，经济上比较不合理。如果转换层的刚度较小，那么竖向构件之间会出现沉降差，在结构与构件之间形成次应力。此时，就要选择合适的次梁截面尺寸，保证其刚度达标。

四、结语

对于预应力混凝土板式转换层在使用中所具有的优点及结构设计需要注意的要点上文进行了详细的分析，在此结构的应用中需要对其设计要领进行掌握，结合实际情况来解决设计中所遇到的问题。对于此结构设计其最重要的部分就是结构参数的计算及确定，其需要将上下部结构中各个部分包括暗梁的参数进行全面的计算分析，从而保证结构设计的可行性。预应力技术在转换层结构设计中应用有较好的优势，具有一定的推广价值。

参考文献：

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