關于高層建筑梁式轉換層結構設計的探討

凌柳青

安徽省歙縣建筑設計院

關于高層建筑梁式轉換層結構設計的探討

凌柳青

安徽省歙縣建筑設計院

隨著建筑行業的發展，高層建筑也越來越多， 在高層建筑結構中， 梁式轉換層的結構是應用最多的。這種結構在建設構造上比較簡單， 還有較強的受辦性能， 主要是施工更加方便，能節省很多施工成本， 在越來越多的高層建筑中都被應用。

高層建筑；梁式轉換層；結構設計

前言

高層建筑能有效緩解土地資源的使用情況， 在建筑結構設計上人們也更加注重建筑的質量和結構安全性。應用梁式轉換層結構能讓高層建筑的結構設計更加合理， 讓其有更大的活動空間， 而且還能讓高層結構受力更加均衡， 整體建筑結構的穩定性都得到了有效提升。

1　高樓層建筑梁式轉換層設計的優點

在現在的高層建筑轉換層設計中梁式轉換是最常用的，因為它有比較多的優勢。梁式轉換層在受力方面更加穩定均衡，安全性能更高，同時傳力明確，并且其設計計算過程很簡單，很容易操作。所以最大的優點就是低成本高效益。轉換層建筑結構不是很規則，所以很經常出現剛度突變的情況，這些都為提升建筑物的穩定性加大了困難。這種突變的結構讓高層建筑在惡劣的環境下由于受力不均勻很容易出現倒塌的危險狀況，嚴重威脅著人身財產安全。而梁式轉換層則可以很好的減弱這種危險形式。在梁式轉換層結構中，比較常見的有框支剪力墻結構和托柱轉換結構，都能夠更好的保證樓層內部豎直方向受力穩定性。在梁式轉換層結構中，結構的布置是很重要的，能夠更好的維持整個建筑結構的均勻受力性能，并且最大限度的降低建筑樓層轉換層的工程造價，降低成本，讓高層建筑更加的經濟化。在梁式轉換層結構設計中最主要的問題還是要避免剛度突變問題，一般通過剪力墻的落地數量來對其進行控制。

2　高層建筑梁式轉換層結構設計原則

在高層建筑梁式結構設計中，往往會出現建筑物剛度突變的情況，此時不利于高層建筑物轉換層的安全穩定性。所以在實際的結構設計時要盡可能的減少在豎直方向的受力構件，并且減少轉換結構數量，能夠更好的保證轉換層的穩定性，讓高層建筑物不容易剛性突變。降低轉換層的高度，并且強化轉換層基部，可以很好的起到維護高層建筑梁式轉換層安全性的作用。

3　高層建筑梁式轉換層的結構設計

3.1轉換梁截面的設計方法

在設計轉換層截面的時候，首先要考慮的是梁的受力性能，還有轉換層的受力形式，然后再選擇合適的計算方法。這種截面主要有托柱形式的轉換梁截面以及托墻形式的轉換梁截面這兩種。其中，在設計托柱形式的轉換梁截面時， 要對截面尺寸范圍進行充分考慮，該梁受力形式和普通梁受力形式差不多，所以在設計截面的時候應該將配筋情況考慮在其中，然后再選擇計算方法。要是轉換梁的承托形式是斜桿框架，那么軸向拉力將會對它有所影響，這時候，設計人員就要將偏心受拉構件的原理考慮建立，從而更優化地設計截面。在設計托墻形式的轉換梁截面時，要將轉換梁和上部墻體一起工作的結構考慮在內，而且在這里面還會有深梁現象存在， 所以在該項截面設計的時候更應該用深梁截面方法進行設計，在有些情況下，也可以用應力截面的設計方法，根據特定的計算公式將縱向鋼筋的數量算出來，在布置鋼筋的時候，還要保證是沿著梁高進行配置的。

3.2轉換層結構構件的設計方法

在轉換層附近不光是結構豎向剛度發生容易發生突變，還有可能有豎向側力構件出現不連續的情況，這會導致轉換層附近有結構傳力發生突變的情況，特別有強震作用推動的情況下，薄弱部位也就會相應產生。要想將轉換層的上部結構和下部結構剛度都有所提高，就要在轉換層附近將結構的構件強度加大，這樣才能讓水平剪力的傳遞有所保證，而且在發生強震的情況下，還能讓結構底層有一定的延性，不受到破壞。

3.3轉換層分析計算的方法

對轉換層整體進行計算之后， 還要用平面有限元這一計算軟件對轉換層本身進行計算， 主要是補充計算其局部的應力。對局部進行分析的時候，要保證轉換結構的上樓層和下口曾都在計算模型中， 還要將樓層的樓蓋平面所承受的剛度影響考慮在內， 并根據實際的轉換層情況選擇合理的計算模型。對框支剪力墻進行計算要復雜一些， 其上部剪力墻要連接到下面很多根支柱， 一旦有連接不正確的情況， 計算就會有較大的誤差。所以計算的時候， 最好在上部剪墻和下部轉換柱上都設立一個轉換梁，讓轉換梁連接到墻肢上。

3.4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。

3.5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， 導致傳力路線曲折等， 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層及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》的規定提高一級采用，已經為特一級時不再提高” ，提高相關構件的抗震構造措施， 而對于底部帶轉換層的框架，核心筒結構和外圍為密柱框架的筒中筒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。在8度抗震設計時，還應考慮豎向地震作用的影響。

3.6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，應全部伸人支座。當轉換梁承托上部墻體為小墻肢時，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。

3.7樓板設計

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。而且混凝土強度不小于3C0 ，并采用雙向雙排鋼筋網，每排鋼筋的配筋率不小于0.25 %，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或者暗梁， 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。

4　結束語

總之，現代城市高層建筑越來越多樣化，傳統的建筑已經不能夠滿足現在人們的需要，同時，在高層建筑物的結構設計上也要體現現代化和實用性。既要滿足高層建筑的層高，同時還能增強其穩定安全性，這就需要在樓層結構設計上多下功夫。

［1］彭聽.梁式轉換層結構設計分析［J］.民營科技，2011 （01）.