簡議高層建筑轉換層設計

摘要：高層建筑在工程實踐中的應用日漸廣泛.工程中經常會遇高位轉換結構。從建筑功能上看，高層建筑上部需要較多的墻體來分隔空間以滿足住宅戶型的需要，而下部則希望有較大的自由靈活空間，大柱網、少墻體，以滿足公共使用要求。本文就此重點探討了高層建筑中梁式轉換層結構的設計。

關鍵詞：高層；梁式轉換層；結構

在高層建筑設計中，為滿足建筑使用功能需要，底部數層常設置為大空間，而上部標準層多為小開間，致使上層的部分豎向承重結構不能直接落地，需要設置結構轉換。常用的轉換形式為梁式。梁式轉換層具有傳力路徑清晰快捷，工作可靠，構造簡單，施工方便等優點，是目前國內應用最廣的轉換層結構型式。

一、轉換層概述

由于高層建筑下部結構受力較大，上部結構受力較小，這與常規的結構豎向布置的原則正好是相反的。為了滿足建筑多功能的要求，就必須在結構中設置轉換結構構件，以實現自上而下結構形式，軸線布置的自然過渡。轉換結構構件所在的樓層就是轉換層。按轉換層所實現的結構轉換可分為三類：上、下層柱網、軸線改變：轉換層上、下結構形式沒有改變，但是通過轉換層使下層的柱距擴大，形成大柱網。常用于外框簡的下層，形成較大的入口；上、下層結構類型的轉換：這種轉換層廣泛應用于上部為剪力墻結構和框架剪力墻結構，它將上部剪力墻轉化為下部的框架，以創造一個較大的內部自由空間}換結構形式和結構軸線位置：即上部樓層剪力墻結構通過轉換層軸線錯開，形成上、下結構不對齊的布置。實際工程應用中轉換層的結構形式有多種多樣，轉換層的結構形式主要有梁式、柑架式、空腹析架式、箱式和板式。從上部墻體形式上，可分為滿跨和不滿跨、開洞和不開洞、開門洞和開窗洞；從跨數上，可分為單跨、雙跨及多跨；從轉換梁功能上，可分為托墻和托柱：從轉換梁形式上，可分為加腋和不加腋：從轉換梁結構采用材料上，可分為鋼筋混凝土和鋼骨混凝土、鋼結構等。

二、高層建筑梁式轉換層結構的設計

（一）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。

（二）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。

（三）轉換層分析計算

整體計算完畢后對轉換層本身應采用平面有限元計算軟件做局部應力的補充計算。進行局部分析時，應考慮轉換結構上下樓層是否進入局部計算模型，以及樓層樓蓋平面內剛度影響，注意實際結構的三維空間盒子效應，采用符合實際情況的正確計算模型。框支剪力墻的計算較為復雜，上部剪力墻需與下面多根柱相連接，如果連接不當會產生很大的計算誤差。空間分析程序是以梁柱為基本單元，而分析底部框支剪力墻時，剪力墻作為柱單元考慮。計算時宜在上部剪力墻肢與下部轉換柱之間均設轉換梁，墻肢與轉換梁相連結。

（四）轉換大梁的設計

梁式轉換層的設計構造要求：①轉換層樓板要將上層結構的水平剪力傳遞到下層抗剪結構上去，本身承受很大的平面內剪力，同時又承受部分豎向荷載。因此要求樓板要有足夠的強度和剛度。②轉換層大梁是承托上部剪力墻或柱傳下來豎向荷載的重要構件.本身受力很大。它是整個結構抗震安全的關鍵部位。因此，轉換大梁的設計在整個轉換層結構的設計中至關重要。實際工程設計中對轉換大梁的設計方法一般是先使用三維空間分析程序，將轉換梁視為桿件進入計算.而后在整體結構分析的基礎上。根據上部結構傳遞給轉換層的荷載.對轉換層本身及其上下幾層進行平面有限元分析，然后確定其配筋。

（五）框支梁的設計

框支梁截面尺寸一般由剪壓比控制，寬度要大于其上墻厚的2倍，且大于400mm；高度大于計算跨度的1/6。工程框支梁寬統一定為800mm。框支梁受力巨大且受力情況復雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，也是保證框支剪力墻抗震性能的關鍵部位，是一個復雜而重要的受力構件，因而在設計時應留有較多的安全儲備，二級抗震等級的框支梁縱筋配筋率大于0.4%。框支梁在滿足計算要求下，配筋率大于0.8%。框支梁一般為偏心受拉構件，梁中有軸力存在，因而應配置足夠數量的腰筋。

（六）轉換層的抗震設計

帶轉換層的高層建筑結構中，由于設置了轉換層沿建筑物高度方向剛度的均勻性受到很大的破壞，轉換層結構豎向承載力構件不連續和墻、柱截面的突變，導致傳力路線曲折、變形集中和應力集中，因此轉換結構的抗震性能較差。為保證設計的安全性，規定部分框支剪力墻結構轉換層的位置設置在3層以上時，其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級宜按高規定提高一級采用，己經為特一級時不再提高，提高其抗震構造措施，而對于底部帶轉換層的框架，核心簡結構和外圍為密柱框架的簡中簡結構的抗震等級不必提高。對轉換層的轉換構件水平地震作用的計算內力需調整增大8度抗震設計時，還應考慮豎向地震作用的影響。

（七）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。由于此時轉換梁跨中較大范圍內的內力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸入支座。當轉換梁承托卜部墻體為小墻肢時，轉換梁基本上可按普通梁的截面設計方法進行配筋計算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉換梁的底部。

（八）樓板

由于結構上部的水平剪力要通過轉換層傳到下部結構，轉換層樓面在其平面內受力很大，樓板變形顯著，因此要適當加厚轉換層樓面，建議采用厚度不小于180mm的現澆板，這樣有利于轉換層在其平面內進行剪力重分配，并加強轉換大梁的側向剛度和抗扭能力，也可使實際情況更符合結構整體計算中樓層剛度無限大的基本假定。而且混凝土強度>C30，并采用雙向雙排鋼筋網，每排鋼筋的配筋率≥0.25%，必要時。轉換層樓板不宜有大的開洞，當開洞時應在洞口四周設置次梁暗梁，樓板開洞位置盡可能遠離外側邊，與轉換層相近的樓板也應加強。若必須在大空間部分設置樓、電梯間時，應用鋼筋混凝土墻圍成簡體。

三、結語

綜上所述，在帶有梁式轉換層的高層建筑設計中，轉換層設計是結構設計的一個難點，更是不同形式結構體系轉換的關鍵點，設計時應不斷研究和進行方案比較，在可能的情況下做出較優的技術方案才能實現安全、適用、經濟等綜合目標。

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