高層建筑梁式轉換層結構的關鍵設計

馬彥飛　趙　闖

（河南省朝陽建筑設計有限公司　河南省鄭州市　450000）

這些年來，我們國家的高層建筑正在急劇的發展，建筑形式也有著各種各樣的發展。高層建筑能有效的節省土地占用比例，使得土地得到更好的利用。比如：體形更加復雜，外部更加花式花樣，內部也變得更好看；從前，國家的經濟發展慢，國民的住高樓沒有得到大面積的實現，當然當時的樓房也就是比較高罷了，并不怎么好看。隨著國民經濟的增長，人們已經不止于滿足住樓房，于是各種各樣的樓房踴躍而出。有的還會建起別墅，自帶家庭小院。論文講述了高層建筑設計時應該注意的一些理念，綜合我國現有的設計規范法則，利用一些樓房性能的設計方式進行設計層的改變，并期待能對梁式結構層設計提供一些有利的參考。總之，現在的高層建筑正向多項化發展，傳統的建筑已經被人們逐漸淘汰。與此同時，新型建筑的發展大家也是有目共睹。當然了，高層建筑的也是一個巨大的任務，要求建筑不僅能體現現代化，還要具有實用性。既要使樓層足夠高，還要有充足安全性。

本段講述關于建筑層的功能和分類。在高層建筑中通常利用轉換層來為室內提供更大的空間、更大的入口和安全出口等設備的應用，以及更好的實現上層和下層的轉換，同時也增大了轉換層和結構軸線等功能的更好的實施。從建筑的角度來看，剪力墻在傳統的結構中，因為剪力墻的間距比較小，所以利用轉換層將其改變成框支剪力墻。這樣可以在建筑的下層或者多層省出來一個巨大的空間。筒中筒結構可以為出入口提供一個巨大空間，在建筑周邊建上柱列，并利用角筒布置大梁、拱等轉換結構。

本段主要講述轉換層的結構形式和其獨特的特點。目前，在工程中主要利用梁、厚板、一些框架等結構形式，根據一些非官方消息顯示，我國的高層建筑中，有一百棟之多的高層建筑僅安裝轉換層。其中梁式轉換層的建筑占3/4，板式轉換、析架轉換、箱形都只占了一小部分。梁式轉換層的結構特點梁式轉換層是目前為止我國高層建筑常用的垂直轉換的一種形式，由于采用直接傳遞的方式，所以效果比較明顯，也會比較實用。首先明確一下其優點，轉換梁具有很好的受力性，工作效率也是可以的。其優點還有設計和分析比較簡單，成本也是比較低的，因此梁式轉換層結構在現實中的建筑工程中也是比較實用的。當然，萬事都是有優點和缺點的，它也并不是一個例外，由于轉換梁的截面比較大，會對建筑有些影響，并且會出現一種梁比較強，柱子相對較弱的情況。這樣一來，這樣的建筑就不利于抗地震了。從另一方面來說，如果梁比較高的話，會占比較多的空間，這樣一來就得不償失了。下面我們介紹一下厚板轉換層結構，如果轉換層之間錯開太多，難以用梁直接撐起時，就需要厚板來支撐了，因此就形成了厚板轉換層。它的上下結構之間比較靈活，但是它的受力比較復雜，計算比較麻煩，且不清楚它的傳力途徑。更有甚者，這種結構對抗震還是不利的，發生地震的時候，會加劇房屋的振動性。

然后講述一下豎向布置的轉換層吧！根據建筑功能和結構傳力的需要來，根據建筑功能的需求，將樓層內布置進行改變。并且自身的這個空間既可以作為技術設備層，也可以作為樓層的空間使用，但是這樣做的前提是轉換層必須有一定的剛度，防止豎向剛度與它相差較大。當建筑物較高時，可能會跟腳不穩，這時候就需要在水平方向設立水平剛性樓層來增加樓層的剛性。人為的加強結構整體的彎曲效應，然后轉換層可以隨著樓層建筑堅韌度的增加而做出改變。

關于轉換結構在平面上的布置，如果內部需要足夠的空余空間，轉換梁可以沿著橫向和縱向布置，當然了，雙向布置也是可以的。可以錯落著布置，也可以隨著建筑平面網的變化而做出相應的措施，相鄰層也可以垂直分布。當剪力墻在轉換層的上面時，不能使用間接傳力的梁與梁搭配的形式，必須要有一些支柱來起作用。與此同時，還有一些應該注意的方面，為了避免大梁受到的壓力較大，應盡可能的把上部結構給予大梁的壓力轉移到轉換梁上。

想要知道怎么設計轉換層就要先了解轉換層的結構，帶轉換層的筒體結構的內部必須根據強度要求來增加墻體的厚度，并且筒體的內部應該上下貫通，并且落地。當然了，框支剪力墻與轉換體的筒體結構也相差無幾，剪力墻上下都應該相同并且與地接觸，這仍然要增加墻體的厚度。總而言之，轉換層的結構就是轉換體的骨架，當然要打造的結實一點了。

相比汶川大地震大家都有所耳聞，為了防止一些無意義的損失，我們在建防止的時候就要做到萬無一失。所以，每一棟房子都要有足夠的抵抗地震的能力。所以，在防震設計中，我們應該保證該結構的整體性，使其整體具有很高的承載能力、堅硬度、延展性。有關規定顯示，在樓層的三層以上應該設置的有框支剪力墻結構轉換層，并且對框支柱和剪力墻按國家防震標準并提高一個標準使用。

所以，我們應該也剖析一下轉換梁的截面設計，并探究一下界面設計的方式。轉換梁截面的選擇與轉換層形式和受力性能有著必要的聯系。轉換梁截面設計有兩種方法：①托柱形式轉換梁截面設計；②托墻形式轉換梁截面設計。當然兩種方法都有各自的優勢與劣勢。對于托柱形式轉換梁截面設計而言，如果它的上部是普通的框架，在它的截面尺寸范圍之內，普通梁和轉換梁的受力相同，想求轉換梁的受力的話，只要求出普通梁的受力就行了。因此，可以根據普通的配筋方法來計算轉換梁截面的配筋方法。如果，它的上部不是普通的框架，而是斜框架，它會受到來自軸的壓力，此時的截面就應該根據偏心受拉構件進行設計。對于托墻形式轉換梁截面設計，當轉換梁的上部沒有開洞時，轉換梁和沒有開洞的墻一起承受壓力。深梁作為破壞形態和受力特征的主要表現，這時的轉換梁截面應該采用應力截面設計方法或者深梁截面設計方法。并且在計算縱向鋼筋的時候，應該沿著全梁進行設計。

對于構造轉換梁和設計轉換梁，我們應該利用剪壓比來計算轉換梁的截面尺寸，這樣做的目的是避免建筑過于脆性，我們一般使用的轉換梁都是不開洞的，如果需要洞，我們就在梁中和軸上開洞。就算要開洞，也要對洞口加強防范措施，箍筋也需要增強耐久性。如果洞口受到的內力較大時，我們就采用型剛構建來加強。轉換梁對混泥土的等級要求也是非常高的，即使不是為了抗震做準備，我們對轉換梁的最小配筋比的要求也并不低。同時，我們也應該使用機械連接接頭的方式來增加轉換梁縱向鋼筋剛性。還有一點關于轉換梁的是，它的下部主筋應該全部在柱內，它的上部主筋也應該有一半在梁中。

當然了，我們還要構造和設計上部框架。轉換梁與上部框架共同工作，可以被看成一個巨型平面空腹析架。而這巨型平面空腹析架也受到梁和樓板的約束。為了達到二度設防和承受上部荷載的功能，我們應設計剛度比較強的轉換梁。我們也應該按照柱強梁弱的原則進行設計轉換結構的上部框架，這樣的做法，使得柱比梁的安全儲備更大。根據一些關于轉換層結構實驗結果，安全性最薄弱的柱子就是與轉換梁相連的柱子。在受力復雜的轉換梁上層，承受壓力的設備比較集中，在設計和實施的時候，應該根據具體的受力情況分析。

本篇論文主要講了各種各樣的轉換層的設施，還有一些防震措施的應用。根據一些具體的實驗結果，提出了一些可以采用的一些建議，對于工程設計來說，這有著至關重要的作用。

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