高層建筑梁及板式轉換層的結構設計研究

常 晉

(太原理工大學建筑設計研究院,山西 太原 030024)

0 引言

轉換層指的是建筑物的上層與下層之間由于使用功能以及類型不同，而導致的空間分布情況存在差異，為了保證建筑物結構的穩定性而進行的一種結構轉化的工作。通常情況下，居民對高層建筑當中的一、二樓選購欲望不高，因此，大多數的高層建筑都會把底層的空間用來進行商鋪建設工作，例如一些飯店、超市等等，這種方式可以有效的節約建筑占地面積，同時保證建筑物的經濟效益。但是，由于商用空間和舉架的要求與民用不同，因此就要在其中設置一定的轉換層來進行結構的轉換。高層建筑當中常見的轉換形式有梁式轉換層、板式轉換層。

1 高層建筑中梁、板式轉換層介紹

1.1 梁式轉換層

梁式轉換層是在高層建筑當中經常使用的一種轉換層結構，它的這種轉換方式主要是利用建筑物的框架結構當中的房梁與承重支柱來為轉換層結構提供穩定性。由于這種轉換層施工過程比較簡單，且耗費的人力物力相對較少。同時，又能使建筑物線條清晰，達到美觀的效果。因此這種轉換層結構設計在建筑施工中應用比較廣泛，常見的梁式轉換圖見圖1。

1.2 板式轉換層

在高層建筑當中板式轉換層從布置手法上來說相對比較自由，現階段當中，板式轉換結構設計通常被運用于造型設計比較復雜的建筑物上。理論上來說造型比較復雜的建筑物是不適合進行結構轉換設計的，但是有了板式轉換層，就可以在建筑物平臺上建筑相應的板式轉換結構，通過這種結構就可以實現復雜建筑物的功能轉換。圖2為厚板形式的結構圖。但是，板式轉換層的結構設計也有一定的缺點，就是相對于梁式轉換層來說，其轉換板的傳力路徑不夠明確，同時，由于這種轉換層自身受力狀況比較復雜，因此，建筑物在轉換層處剛度容易發生比較大的變化，從而影響建筑物整體的穩定性能，所以這種轉換結構在使用前應該做好充分論證，保證轉換結構能發揮最大的作用。

2 梁、板式轉換層結構的受力問題

2.1 功能不同的樓層之間剪力墻的受力問題

由于不同功能的樓層對于建筑空間的高度、寬度、面積大小等問題都有著不同的需求，因此，在功能需求不相同的上下兩個樓層之間，在進行梁、板式轉換層結構設計時要充分考慮剪力墻的受力問題。剪力墻主要是用于為建筑物進行抗震以及承重等重要作用的一種墻體。而剪力墻的分布以及形狀長短都是需要結合實際建筑物的需求進行更改的，因此，在設計轉換層結構時，必須要注意分析剪力墻的受力方向、受力強度等問題，根據這些情況進行設計才能保證轉換層結構的合理性。同時，高層建筑的施工工作必須要保證剪力墻受力均衡，不會受到轉換層結構設計的影響，才能保證高層建筑的穩定性以及安全性。

2.2 建筑物水平作用力問題分析

建筑物在水平方向上都會受到一定的作用力，由于不同使用功能的樓層剪力墻的分布狀態不同，且形狀和高度都有不同程度的變化。這就使得上下樓層之間的剪力作用不相同，而梁、板式剪力墻就需要在上下樓層之間承擔起不同的作用力，因此，如果結構設計不合理，就會因為結構層受力不均而產生變形，從而影響高層建筑結構的整體穩定性。因此，建筑結構設計師在設計梁、板式轉換層時需要充分考慮建筑物的作用力問題。

2.3 建筑物結構框架支撐與剪力墻受力關系

高層建筑物在建設梁、板式轉換層時都需要考慮底層結構框架的支撐力問題，當轉換層使上下兩個樓層空間分布不同時，受力支撐點也就產生了變化。通常情況下建筑物結構框架所需要承擔的支撐力與剪力墻受力大小相同，而當剪力作用力給轉換層施加了不同作用力時，建筑物結構框架的支撐力就會發生位移，從而使實際剪力墻作用力更大。

3 梁、板式轉換層結構應遵循的設計原則

3.1 轉換層結構的布置原則

高層建筑在選用不同轉換層時，通常都會根據建筑物所需要具備的不同功能屬性，以及建筑物本身的結構傳力來進行安排。梁、板式轉換層需要保證自身具備足夠的硬度，防止上下樓層剪力作用不同而導致轉換層變形的問題。同時，梁、板式轉換層是可以作為正常樓層使用的。而對于一些底層設計比較寬大的高層建筑，設計人員應當適當增加轉換層的厚度。在設計轉換層時，應當盡量使轉換層的傳力路徑更加簡潔明了。并且應該避免多次、多級的轉換，保證轉換層結構布置的科學合理，這是梁、板式轉換層結構在設計過程中需要遵循的基本原則。

3.2 抗側力設計原則

在高層建筑當中，最受人們關心的問題就是建筑物抗側力的能力，例如強風、地震等自然因素問題。因此，設計師在設計梁、板式轉換層的時候需要對其自身所受到的外力進行全面的考慮，同時兼顧轉換層的剛度問題。重點研究轉換層結構的抗震能力，從而保證轉換層的穩定性和安全性，達到多功能性高層建筑的設計要求。

4 高層建筑當中梁、板式轉換層的具體設計方案

4.1 研究轉換層的構件問題

高層建筑的轉換層結構十分容易受到建筑物上下層受力問題不同而發生形變，因此，為了保證梁、板式轉換層結構的穩定性，達到高層建筑多功能性的要求。設計師應當在設計轉換層結構構件時，就需要進行相應的處理。具體的處理方式為，根據轉換層不同部位受力情況的不同來進行綜合分析，結合分析結果來進行不同程度的加固，保證各部位之間的剛度均衡，從而確保轉換層的穩固性能。同時，轉換層結構當中的構件問題還包括與轉換層相連的一些墻肢、連梁以及建筑物的受力支撐柱。在這些構件上也需要進行合理的加固，這樣才能全面的保證轉換層結構設計的科學性，保證高層建筑的安全性能。

4.2 轉換層的科學分析方法

信息科技的發展進步也為建筑行業的發展起到了一定的促進作用，設計師在設計高層建筑梁、板式轉換層結構時，應當結合先進的網絡信息技術，運用專業的設計軟件，全方位的分析高層建筑的設計要點。通常情況下，為了保證轉換層結構設計的科學性，設計師會利用軟件設計出高層建筑物的三維立體圖像，然后根據圖像信息模擬轉換層的設計。并模擬出相應的受力狀態，利用信息數據來對轉換層的結構設計進行全面的分析，確定將要設計轉換層的高層建筑是否適合使用梁、板式結構，同時精確的分析出梁、板式轉換層的厚度、面積大小、造型等等。此外，利用專業的軟件，通過信息技術的使用可以減少設計工作中出現的數據誤差問題，為轉換層的結構設計提供安全保障。

4.3 轉換層的轉換梁設計方法

高層建筑的轉換層通過轉換梁與上下樓層的框架結構進行連接，由于上下樓層的功能屬性不同，因此在設計時兩個樓層之間的支撐點和框架結構都存在差異性。這就會導致兩個樓層無法進行嚴絲合縫的銜接，而轉換層中的轉換梁設計就承擔了這個銜接的功能。在設計轉換梁時要根據實際情況進行具體分析，而首先要考慮的就是轉換梁的配筋問題，配筋率不僅與轉換梁的實際建設面積有關，還需要分析轉換梁在上下樓層之間的受力大小、方向以及各部位受力分布情況等各方面的問題。配筋率低會影響轉換層的剛度和穩定性，而配筋率過高會影響工程的造價，并給工程帶來一定的難度。因此，設計師必須綜合考慮各方面的因素，利用科學的計算方式來確定轉換梁所需的配筋率，才能保證轉換梁發揮最大的作用。

5 結語

高層建筑的設計正逐漸趨向于多樣化的發展，因此，在高層建筑的結構設計當中，為了保證不同使用功能的樓層之間不會受到作用力的影響而使樓板產生變形，就應當結合實際的建筑物情況設計出相應的轉換層。建筑單位應當意識到梁、板式轉換層的設計優點，嚴格遵守轉換層結構的設計原則，利用信息技術對建筑物受力情況進行全面的分析，保證設計出的轉換層具有足夠的剛度。同時，在設計過程中也要著重分析轉換層的各部分構件以及轉換梁的配筋率問題，全面保障轉換層的抗側力以及穩定性，從而保障高層建筑的安全性能。