對某高層建筑梁式轉換層的結構設計探討

【摘要】高層建筑中，梁式轉換層運用的比較多，它可以大大減小截面尺寸，并且有優良的抗震性能。文章對某高層建筑梁式轉換層的結構設計進行探討，具有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】高層建筑；梁式轉換層；結構設計

一、前言

文章對高層建筑梁式轉換層進行介紹，對高層建筑梁氏轉換層的特點和設計原則進行闡述，通過分析，并結合自身實踐經驗和相關理論知識，對高層建筑梁式轉換層結構的設計進行探討，具有一定的借鑒意義。

二、高層建筑梁式轉換層概述

按結構功能，轉換層可分為三類：

1.上層和下層結構類型轉換。多用于剪力墻結構和框架-剪力墻結構，它將上部剪力墻轉換為下部的框架，以創造一個較大的內部自由空間。

2.上、下層的柱網、軸線改變。轉換層上、下的結構形式沒有改變，但是通過轉換層使下層柱的柱距擴大，形成大柱網，并常用于外框筒的下層，形成較大的入口。

3.同時轉換結構形式和結構軸線布置。即上部樓層剪力墻結構通過轉換層改變為框架的同時，柱網軸線與上部樓層的軸線錯開，形成上下結構不對齊的布置。

三、高層建筑梁氏轉換層的特點

1.鋼骨混凝土轉換層鋼骨混凝土梁不僅承載力高，剛度好，可大大減小截面尺寸，且塑性、耐久性和抗震性能優于鋼筋混凝土梁。此外，鋼骨混凝土梁在施工階段其自身剛度好，定位準確，可減少支模，加快施工速度。目前，國內采用鋼骨混凝土轉換構件的實際工程還不多，但國外采用較多。

2.預應力混凝土轉換層的應用

采用預應力技術可帶來許多結構和施工上的優點，如減小截面尺寸、控制裂縫和撓度，控制施工階段的裂縫及減輕支撐負擔等等。因此，預應力混凝土結構非常適合于建造承重荷載的大跨度轉換層，且有自重輕，節省鋼材和混凝土等優點。

四、高層建筑梁式轉換層設計原則

高層建筑中梁式轉換層的設置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時在梁式轉換層上下容易形成薄弱環節，對結構抗震不利，故梁式轉換層結構在設計時應遵循以下原則：

1.盡可能減少需結構轉換的豎向構件，直接落地的豎向構件越多，轉換結構越少，轉換層造成的剛度突變就越小，對結構抗震越有利。

2.設計中應保證轉換層有足夠的剛度，一般應使梁高度不小于跨度的1/6，才能保證內力在轉換層及其下部構件中分配合理，轉換梁、剪力墻柱有良好的受力性能，能起到較好的作用。

3.轉換層樓板采用了“樓板在平面內剛度無限大”的假定，因而得到了所有框支柱和剪力墻的位移相等水平力按框支柱和落地剪力墻的剛度按比例分配。實際上，轉換層樓板要將上部結構的水平剪力傳遞到底部結構上去，本身承受很大的平面內剪力，同時又承受部分豎向荷載，樓板自身在平面內受力很大，有顯著的變形，因此要求樓板要有足夠的強度和剛度。

4.轉換層以上的剪力墻和柱子應盡量對稱布置。梁上立柱應盡量設在轉換梁跨中，以免轉換梁變形時，在梁上立柱的柱腳處產生較大轉角，帶動立柱柱腳產生較大變形，引起柱的彎曲及剪切，使立柱產生很大的內力。

5.全面細致的計算作為整體結構中一個重要組成部分，轉換結構必須采用符合實際受力變形狀態的計算分析，而且應該建立模型進行三維空間整體結構計算分析。或者可采用有限元方法對轉換結構進行局部補充計算，此時轉換結構以上，至少取兩層結構進行局部計算模型，并注意模型邊界條件符合實際工作狀態。

五、高層建筑梁式轉換層結構設計方法存在的問題

目前在多、高層建筑中，開發商多要求建筑物具有完備的建筑功能，建筑師在建筑設計中也往往首先想到采用結構轉換層來完成上、下層建筑物功能的轉換。但一些結構設計人員在實際進行轉換層設計時顯得無從下手，沒有可操作、可遵循的設計思路、設計原則來進行結構設計。轉換結構層具有與一般結構層相比結構重量大、結構層剛度大、幾何尺寸超大、受力復雜等特點?，F有的轉換層設計方法，主要是針對形式簡單、受力相對簡單的轉換梁，對于受力復雜的轉換梁還沒有深入研究。即便是對于形式簡單的轉換梁，其受力性能也沒有完全清楚，而往往是互相混淆，設計概念不明確，設計原則不準確。對于轉換梁的配筋方法也限于用普通梁的配筋方法加以套用，造成轉換梁截面超大、配筋偏多、配筋構造無法實現、施工困難等現象。

六、高層建筑梁式轉換層結構的設計

1.轉換梁的截面設計方法

轉換梁截面設計方法的選擇與其受力性能和轉換層的形式相關。①托柱形式轉換梁截面設計。當轉換梁承托上部普通框架時，在轉換梁常用截面尺寸范圍內，轉換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設計方法進行配筋計算。當轉換粱承托上部斜桿框架時，轉換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構件進行截面設計。②托墻形式轉換梁截面設計。當轉換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態表現為深梁，此時轉換梁截面設計方法宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，且計算出的縱向鋼筋應沿全梁高適當分布配置。

2.轉換層結構的構件設計

轉換層結構不僅豎向剛度易在轉換層附近發生突變，還應關注的是豎向抗側力構件不連續，使結構的傳力（包括豎向及水平力）途徑在轉換層及其附近發生突變，在強震作用下，易產生薄弱部位。因此在抗震設計中，除了控制轉換層上下剛度比外，還應采用措施，加強轉換層及附近層結構構件包括轉換柱、轉換梁、落地墻、轉換層上下各兩層樓板等構件，以保證水平剪力的有效傳遞和結構底層在強震下有足夠的延性。

3.轉換梁的截面設計方法

目前國內結構設計工作普遍采用的轉換梁截面設計方法。主要有：應力截面設計方法。對轉換梁進行有限元分析得到的結果是應力及其分布規律，為能直接應用轉換梁有限元法分析后的應力大小及其分布規律進行截面的配筋計算，假定不考慮混凝土的抗拉作用，所有拉力由鋼筋承擔鋼筋達到其屈服強度設計值。受壓區混凝土的強度達到軸心抗壓強度設計值。

4.轉換梁截面設計方法的選擇

托柱形式轉換梁截面設計。當轉換梁承托上部普通框架時，在轉換梁常用截面尺寸范圍內，轉換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設計方法進行配筋計算：當轉換梁承托上部斜桿框架時，轉換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構件進行截面設計。

5.上部框架設計和構造要求

（1）上部框架與轉換梁共同工作，可視作一個層層受樓板約束、受連粱空間約束的巨型平面空腹析架。設計時可以加大轉換梁上面幾層框架粱的剛度，以達到共同承受上部荷載和起到二道設防的作用，同時由一層粱承托變成層層梁承托上都框架柱的工作機制。（2）轉換結構上部框架須按強柱弱梁的原則進行設計，確保塑性鉸在梁端出現，使柱比梁有更大的安全儲備。（3）轉換層結構的試驗研究表明，與轉換梁相連的柱子往往是薄弱環節；轉換梁上層框架梁柱受力復雜，應力集中，設計時應根據實際受力情況進行較準確施工模擬計算分析。

七、結束語

高層建筑梁式轉換層結構的設計是非常負責的，需要考慮的因素很多，需要設計師在整體和局部都有一定的把控，這樣才能保證設計的效果。

參考文獻：

[1]曲巖巖.高層建筑梁式轉換層結構設計分析[J].科技創新導報.2008（8）.

[2]張明武.高層綜合樓梁式轉換層結構設計分析與探討[J].四川建材.2009（5）.

[3]朱樂成.如何加強建筑結構分析[J].建材發展方向.2011（6）.

[4]徐氫清.高層房屋建筑結構分析與探討[J].中國新技術新產品.2011（20）.