淺談高層建筑梁式轉換層結構設計

文/潘小正 廣西建工集團第五建筑工程有限責任公司設計研究院 廣西南寧 530000

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、梁式轉換層的相關概述分析

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。

2、高層建筑有梁式轉換層的設計要求

2.1 提高有梁式轉換層的剛度

有梁式轉換層設計中, 應對其剛度進行合理設置, 以確保有梁式轉換層的穩定性。目前來看, 一些有梁式轉換層采取整跨布置的形式, 導致上部剪力墻結構體、有梁式轉換層共同構成了倒“T”型轉換構件, 從而共同受力, 但這容易導致有梁式轉換層整體受拉。面對這樣的問題, 《高層建筑混凝土結構技術規程》 (JGJ 3-2015) 中指出, 有梁式轉換層的高度應大于其跨度12.5%, 并明確規定了有梁式轉換層的腰部鋼筋配筋以及縱向鋼筋、箍筋要求, 以保證轉換構件的剛度足夠, 提高轉換層的承載能力, 確保有梁式轉換層的穩定性。

2.2 縮短有梁式轉換層的傳力路徑

對有梁式轉換層的上部、下部主體豎向結構進行設計的時候, 應合理布置結構, 盡可能地確保水平轉換結構達到傳力直接的要求, 通過轉換托梁, 將不落地剪力墻直接傳給豎向承重構件,避免轉換次粱轉換或者是水平多級轉換, 縮短傳力路徑。

2.3 對豎直構件的數量進行嚴格控制

有梁式轉換層設計中, 為預防有梁式轉換層發生剛度突變的問題, 應對豎向落地構件的使用數量進行嚴格控制, 減輕轉換構件負荷, 降低有梁式轉換層上部、下部的剛度變化, 避免地震時有梁式轉換層遭受損壞,提高建筑物的抗震性能。

2.4 盡量弱化上部結構、強化下部結構

為保證建筑物的剛度、延性、強度以及抗震能力, 便要在有梁式轉換層設計中有意識、有針對性地對下部主體結構進行強化、對上部主體結構進行弱化, 從而使有梁式轉換層的上部、下部主體結構的變形特征、剛度盡可能地保持一致性,以預防薄弱層問題的出現。

3、高層建筑有梁式轉換層設計的關鍵點

3.1 轉換層上部框架的設計

應采取強柱弱梁原則, 對轉化層上部框架進行設計, 保證在梁端出現塑性鉸, 從而提高柱的安全儲備。有梁式轉換層試驗研究證實, 由于與轉換梁相連的柱, 常常是薄弱點, 轉換梁上層框架的梁柱受力條件具有一定的復雜性, 應力相對比較集中, 因此設計時應充分考慮其實際受力情況, 開展施工模擬計算。此外, 還要對柱縱向鋼筋的配筋率進行科學設計, 抗震等級1級的狀況下, 其配筋率應當≥1%;抗震等級2級的狀況下,其配筋率應當≥0.8%;抗震等級3級的狀況下,其配筋率應當≥0.7%;抗震等級4級或者是非抗震設計的狀況下, 其配筋率應當≥0.6%, 同時鋼筋間距應在80～200mm。

3.2 轉換粱截面設計

高層建筑有梁式轉換層的轉換梁, 主要包括托柱形式、托墻形式兩種形式。首先, 轉換梁為托柱形式時進行截面設計, 若是轉換梁是對上部普通框架進行承托, 則在常用截面尺寸范圍之內,轉換梁的受力情況與普通梁的受力一致, 可以按照普通梁截面進行計算;若是轉換梁是對上部斜桿框架進行承托, 則轉換梁便會受到軸向拉力的影響, 所以其截面應根據偏心受拉構件來進行設計。其次, 轉換梁為托墻形式時進行截面設計,若是轉換梁是對上部墻體進行承托, 且滿跨不開洞, 則上部墻體與轉換梁是共同工作的關系, 其破壞形態、受力特征表現為深梁, 可以采取應力截面設計、深梁截面設計的方法來進行截面設計。

3.3 轉換粱構造設計

轉換粱設計中, 可以通過計算剪壓比來確定截面尺寸, 以確保含箍率合適、避免轉換粱發生脆性破壞。應盡量不開洞, 如果是不可避免的開洞, 應在梁中、軸的位置設置洞口, 同時洞口上弦桿、下弦桿也要采取有效的措施, 如加密箍筋等, 提高其抗剪能力。應選擇C30以上的混凝土, 非抗震設計時, 上、下主筋的配筋率應當≥0.3%。轉換粱有接頭的情況下, 可以采取機械連接的方式, 但需要注意不可在梁上托柱位置、上部剪力墻開洞位置或者是受力較大的位置進行接頭, 同時在同一截面之中, 鋼筋接頭面積應控制在主筋截面總面積的50%以內。

結語：

綜上所述，對于高層建筑，通過梁式轉換層結構的合理設計能夠增強整個高層建筑的耐久性和可靠性，安全性和穩定是保證建筑居住舒適性的前提。梁式轉換層結構對于高層建筑而言非常重要，所以，當前的高層建筑設計過程中一定要應用這項技術，將轉換層的受力點進行更替，將各種構造的方式進行更新，進而促進我國高層建筑的發展。