高層建筑梁式轉換層結構設計原理及其應用探索

葉永紅

(重慶應用技術職業學院 401520)

高層建筑梁式轉換層結構設計原理及其應用探索

葉永紅

(重慶應用技術職業學院 401520)

近年來，隨著城市可利用土地面積的逐漸縮小，高層建筑在城市建設中也越來越普遍，它的建筑結構形式、建筑規模以及使用功能等都出現了翻天覆地的變化，在高層建筑中增加轉換層就成為其中較為典型的案例。而梁式轉換層結構也因其施工簡單、經濟效果明顯以及計算過程簡潔等優勢，被廣泛的運用于高層建筑轉換層建設中。因此，為了保證高層建筑轉換層的施工質量，就必須要對梁式轉換層結構設計的原理以及應用加以研究，從而為之后高層建筑行業的良性發展提供參考依據。

高層建筑；梁式轉換層結構；設計原理；應用；研究

引言：在我國城市化進程不斷推進以及城市人口迅速增長的時代背景下，為了在有限的城市土地上獲得更多的生活以及工作空間，建筑物就不得不向著高空發展，這也為高層建筑以及超高層建筑創造了廣闊的發展前景。想要在高層建筑中實現不同功能區的分隔，就必須運用轉換結構，而梁式轉換層作為轉換結構中的一種，在高層建筑中發揮著至關重要的作用。因此，要加大對梁式轉換層結構的研究力度，對它的設計原理以及實際應用有一個深入了解，從而確保它能在實際使用中發揮它獨特的優勢以及作用。

一、高層建筑梁式轉換層結構設計原理

經過長期的實踐研究表明，高層建筑結構中的轉換層位置越高，則整個結構的抗震性能就越差，而怎樣在高層建筑中布置梁式轉換層結構，就成為現階段所有業內人士需要關注的重點問題。其中，相關施工企業可以從以下幾個方面入手：

1、對稱布置

在梁式轉換層結構設計中，要保證剪力墻以及轉換柱之間始終保持對稱，防止梁柱的柱腳出現轉角問題。一旦轉角現象嚴重，就會讓立柱發生內力超筋現象。

2、豎向布置

在高層建筑梁式轉換層結構設計中，豎向結構會影響到整棟建筑的抗震性能，它會極大降低轉換層的剛度。因此，在設計中要盡可能的沿著較高位置來進行布置，也可以結合建筑的特殊要求，在布局設計中布置轉換層，并減少豎向構件的使用率。

3、高度設置

梁式轉換層的高度要合理，可以偏低但不能偏高，一旦高度過高，就會影響到轉換層周圍內力的抗震性能，同時也會從另一個角度影響到建筑的抗震設計。在高位轉換過程中，要對下段框支結構的柔軟度加以重視，并防止剪切等問題的出現。為了對低層間的內力突變以及位移力進行有效控制，要讓每個剛度的效率都保持一致。此外，在設計間距時，也要嚴格按照相關標準行事。

4、計算要準確

在高層建筑梁式轉換層結構設計中，如果無法保證數據計算的準確性，那么整個設計方案就談不上科學有效。打個比方來說，借助構建相應的計算模型來模擬高層建筑的具體受力變形情況，需要采取三維空間的整體結構來對其進行研究，并通過現有手段實現對轉換結構局部的有效計算，從而保證整個設計計算過程的準確性以及科學性。

5、結構剛度設置

帶轉換層的高層建筑，如果轉換層自身的剛度達不到設計要求，就會對整個建筑的抗震性能造成影響，保證結構剛度也是梁式轉換層結構設計中的關鍵性原理之一。在設計中，梁的高度通常要超過其跨度的 12%左右；而高層建筑梁式轉換層要盡量選用性能等級較高的混凝土進行施工，以此來保證它的剛度符合相關標準，并在這一基礎上為功能性轉換工作的順利進行提供保障。

二、高層建筑梁式轉換層結構設計的應用以及要點

高層建筑梁式轉換層結構設計是一項復雜程度較高的工作，設計人員在實際工作中，除了要嚴格遵循以上設計原理之外，還要對設計中的關鍵點加以重視，以此來確保整個高層建筑結構的安全性以及穩定性。

1、高層建筑梁式轉換層結構設計的應用

（1）鋼骨混凝土轉換結構

在我國科技技術不斷更新換代的時代背景下，高層建筑的高度也由原來的幾十層逐漸增加到現在的上百層，這也就對轉換結構的承載力提出了更高的要求，轉換構件的尺寸以及材質也較過去有了很大的不同，這就在一定程度上對建筑的層高以及可利用空間做出了限制。在這種情況下，就急需一種新型材料來取代原來的轉換構件材料，鋼骨混凝土就走入了設計人員的視野。鋼骨混凝土在實際使用中，會大大縮小轉換梁的截面大小，同時又能進一步提升轉換梁的承載力以及剛度，它的抗震性能也會得到很大提高。與此同時，在高層建筑梁式轉換結構施工時，運用鋼骨混凝土還能大大節省施工周期，將支模以及綁扎鋼筋環節所需的時間以及人工大大減少。也正是由于鋼骨混凝土轉換構件的種種優勢，使得它在很多底部大空間結構中被廣泛應用，這一技術盡管在我國還沒有被廣泛普及，但是在一些廣為人知的建筑中可以看到它的身影。舉例來說，位于北京國際貿易中心的國際旅館就是其中較為典型的代表，在這棟高達26層的建筑中，第四層的轉換層就是采用的鋼骨混凝土構件，并為建筑上段的二十層起到了很好的承載作用。

（2）預應力混凝土轉換層

運用在高層建筑中的預應力混凝土轉換層具備以下幾點優勢，即截面較小、鋼材用量小、混凝土用量小以及自重輕等，與此同時，它還具有很大的跨度。但是由于目前這項技術的不成熟，使得預應力材料的成本居高不下，相應的施工流程也較為復雜，相信在未來的科技發展過程中，這些問題將被一一解決。在預應力混凝土結構的實際應用中，它的造價與上述的鋼骨混凝土結構的造價差別不大，這也使它在我國目前的高層建筑施工中運用的較為普遍，其中最具代表性的就是北京人民檢察院，它的建造過程就合理的運用了這一技術。

2、高層建筑梁式轉換層結構設計應注意的要點

（1）在高層建筑梁式轉換層結構設計中，為了提高它的利用率，通常會將轉換層當作設備層來使用，所以在實際設計中，要對腹部開口位置以及開口大小進行綜合考慮；

（2）在保證高層建筑正常使用功能的前提下，下段結構的截面大小可以適當增加，相應的剪力墻以及混凝土的強度等級也要增加，避免轉換層與下段結構豎向剛度產生突變。通常情況下，轉換層混凝土的強度要始終控制在C30以上；

（3）在確保施工方案可行性以及滿足建筑外觀要求的基礎上，進行梁式轉換層結構設計時還要綜合考慮以下內容，比如為了滿足住宅建筑中衛生間降板需要，轉換層可以考慮整體降板，一方面保證的施工的簡單快捷，另一方面還能確保樓板的連續性。

三、結語

綜上所述，在我國建筑業快速發展的同時，建筑技術以及建筑水平也較之以往有了很大進步。梁式轉換層結構設計作為我國高層建筑中不可或缺的一部分，它的合理利用不僅可以進一步擴大高層建筑的使用空間，同時還能通過靈活運用多種結構形式，來更好地滿足它的安裝需求。另外，在高層建筑中運用轉換層結構還能有效改善現有的建筑受力情況，并在一定程度上降低工程的施工難度。因此，對梁式轉換層結構設計的原理以及應用加以研究，對我國整體建筑業來說，具有至關重要的意義。

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TU7

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1007-6344（2016）07-0113-01

葉永紅 女 1990年8月 助教 大學本科 重慶應用技術職業學院 土木工程專業