高層建筑梁式轉換層結構設計

陳靜

摘 要：在市場經濟和科技技術的推動下，建筑行業得到了更多的發展空間，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，還有較強的受力性能，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。本文分析了高層建筑中梁式轉換層結構的設計要點。

關鍵詞：高層建筑；梁式轉換層；設計

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A

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。在實際梁式轉換層的結構設計中，施工人員要把握好設計的原則，根據建筑的實際功能和特性進行設計，避免有浪費的情況出現，這樣也才能使建筑自身的經濟效益提高上來。

一、梁式轉換層設計原則

建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結構類型，并通過該樓層進行結構轉換，則該樓層稱為結構轉換層。高層建筑結構中，很多設計師都比較青睞梁式轉換層及設計，這一結構能讓建筑物實現豎向剛度突變的目的。但是這一結構也是有一定缺點的，梁式轉換層是比較脆弱的，它的抗震性比較差，一旦有地震發生就很容易受到損壞。所以，設計人員要在這方面對其進行改進，保證其質量達到一定標準。

1 設計梁式轉換層時，要控制使用豎直構件的數量，這樣能使轉換層的剛度突變有效地降低，在地震作用力下，也就不會梁式轉換層有較大的破壞，從而使建筑整體結構的抗震性能有所提高。

2 在設計梁式轉換層時，要控制好其剛度，轉變層的跨度和梁高有很多的關系，通常情況下，高度是要比跨度高出1/6的，這樣能使轉換層內力更加合理的分配，也能使結構部件更合理的布置。同時，轉換層還要和剪力墻有更好的承重力，以此使梁式轉換層的結構穩定性有所保證。

3 設計轉換層樓板也是很重要的，有不少施工單位都會將樓板的剛度設定為無限大，在保證框支柱和剪力墻剛度在成正比例位置的情況下對其進行分配，這時樓板的上部結構會在剪力墻底部的作用下也進行水平方向傳遞。但是剪力作用幾乎都由樓板來承受，從而使其受到豎向荷載力，這時樓板受力狀態會更大，甚至有變形情況出現。建筑架構會受到樓板強度和剛度的影響，所以在樓板的選擇上，要先監測其承受能力，合格之后才可以投入使用。

4 對梁式轉換層上部結構的剪力墻進行布置時，要使它和梁柱呈現對稱的特點，可以在轉換梁跨中對梁上柱進行設置，這樣一來，就算轉換梁出現了變形情況，梁上立柱也不會有較大變形情況出現。而且，梁柱角要是有變化，就很容易發生變形，在彎曲的作用下梁上立柱也會有剪切力產生，過多的荷載力也會立柱內部產生。所以，要想保證轉換層不出現變形，就要讓剪力墻和立柱保持對稱。

5 梁式轉換層在設計的時候，還要做好相關的計算工作，對其變形狀態做出仔細分析，還可以利用三維空間模型，分析梁式轉換層的實際結構情況。然后再通過有限元的計算方法去補充轉換層中有缺陷的結構，要是轉換層不同，計算模式的實際應用也會有所不同，在計算應用的時候，要結合建筑的實際情況去分析，確保模型邊界條件都和實際要求相符合。

二、高層建筑梁式轉換層的結構設計特點

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。

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 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，最好在上部剪力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。

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。

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。

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，應全部伸入支座。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。

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C30，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。

結語

綜上所述，在高層建筑工程中，梁式轉換層大結構的設計工作具有較強的專業性。設計人員在具體的設計過程中需要具有清晰的頭腦，對于相關設計理念進行全面的了解和明確，分析和計算不同轉換層結構，使平面和空間的有限元程序確定下來，有利于建筑工程工作任務的減少和施工人員施工質量的提高。設計人員在進行梁式轉換層結構設計方案優化的過程中，需要充分考慮梁的承載能力，事先對梁的受力性能進行全面的了解。如果普通梁結構和轉換梁結構之間的差異比較大的話，設計人員需要采取有效的措施保證轉換梁結構的穩定性和安全性，從而使高層建筑整體結構的可靠性得到保證。

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