高層建筑結構設計中的梁式轉換層結構設計探討

丁偉

（廣水市建筑勘察設計院，湖北 廣水 432700）

引言

帶結構轉換層的建筑上下部分通常為不同的功能區，在荷載和抗震等方面會有較大的差異，這類建筑物多為高層建筑，如結構首層功能為商業，二層及以上樓層功能為住宅。由于梁式轉換的設計和施工更為方便，施工成本相對增加不高，實際應用性價比較高，因而通常在大梁、斜撐、箱形結構以及厚板中選擇結構梁來作為轉換構件，傳力方向更明確，能夠實現對高層建筑上部荷載的合理化配置，促使上下部分的建筑結構受力更為均衡，使得建筑物不會因為荷載過于集中而出現變形、坍塌等問題，有效地維護了建筑物的安全性

一、高層建筑梁式轉換層的設計原則

預應力混凝土轉換層作為梁式轉換層的轉換類型之一，其具有自重輕、成本低的優勢；但隨著建筑技術的不斷發展，傳統的預應力混凝土轉換層的應用已經不能滿足建筑技術的發展需要，也不能夠滿足較大承載力的需要。在此發展背景下，鋼骨混凝土轉換層這一種類型應運而生，這種類型不僅可以滿足建筑技術的發展需要，能夠實現建筑技術的創新發展而且還能夠滿足較大承載力的需要，具有廣闊的應用空間和發展前途。鋼骨混凝土轉換層的剛度也更高，且可塑性、耐久性及抗震性均優于預應力鋼筋混凝土，因此未來應用前景十分廣闊。高層建筑梁式轉換層的設計需要遵循以下幾個原則：首先，減少轉換。在建筑施工過程中應該保持豎向主體結構的持續性，保證混凝土轉換層始終保持上下數值的結構，減少施工過程中的轉換次數。其次，優化轉換結構。高層建筑的抗震性能是保證其結構穩定的重要因素，高層建筑更要重點關注其抗震的能力，要從各個層次加以關注，保證建筑結構之間的穩定性，利用扁梁、支柱等結構工具進行抗震結構的建造，使之更符合抗震設計的要求，當然，這類結構也容易存在柱剪力過大的問題，因此要提高結構在重力荷載條件下的強度與剛度標準。再次，直接傳力。上文中提到高層建筑梁式轉換層設計要遵循一個重要原則就是減少轉換，尤其是上下主體為豎向結構的設計，因為間接付力或多級轉換會影響到抗震后板結構的穩定性，直接傳力設計可以減少復雜的多級轉換，避免水平轉換結構應用間接傳力，保證其傳力的穩定性。最后，保證結構的強度。高層建筑梁式轉換層的剛度、強度是結構設計的核心要素，要保證結構之間的設計合理，能夠受力均勻。

二、高層建筑結構設計中的梁式轉換層結構設計要點

（一）轉換大梁設計

轉換層大梁是非常重要的組成部分，是主要的承重結構，既有來自上部剪力墻的荷載，還要承受柱傳遞的力，因此在對有梁式轉換層結構進行設計時，要詳細計算受力情況，合理考慮各類計算參數，如剛度、強度、變形等，據此來設計梁的截面形式和面積，進行轉換梁構造設計。托柱形式的轉換梁若是對上部普通框架進行承托，可與普通梁的截面同等設置，若上部是斜桿框架，考慮到軸向拉力作用，需按偏心受拉構件設計；托墻形式的轉換梁在對上部滿跨墻體進行承托，轉換梁墻體沒有開洞時，其破壞形態、受力特征表現為深梁，需采用截面設計、深梁截面設計。大梁設計時要少采用單向梁，轉換梁與框支柱截面中線宜重合，盡量不要進行開洞，否則洞口的位置需設置在軸和梁中附近，上下弦桿要加設縱向鋼筋和抗剪箍筋，此外還要保證大梁的配筋率、接頭位置合適、混凝土強度等級合適，確保轉換梁滿足承載力的設計要求。

（二）設計轉換層上部框架

對于轉換層上部框架設計而言，應遵循強柱弱粱的原則，設計過程中，設計人員應確保在粱的端末位置存在塑性鉸，其目的在于提升柱梁的安全性。根據相關梁式轉換層的研究實驗表明，梁式轉換層與柱的相連位置通常是極為貧弱的點，較容易產生安全事故，而梁式轉換層的受力還存在一定的復雜性，應力相對較為集中，對此，設計人員在具體的設計過程中，應充分考慮框架的受力情況，再給予科學合理的設計。例如，設計轉換層上部框架時，設計人員為了確保設計質量，應充分計算相關應力。另外，對于與框架連接的縱向鋼筋的配筋，設計人員也應給予合理設計，提高柱體的穩定性，確保上部框架的安全、可靠。具體而言，在抗震等級為1 級的情況下，配筋分配的概率應大于等于1%；抗震等級為2 級情況下，配筋的分配率應該為大于等于0.8%；抗震等級為3 級時，配筋率應為大于等于0.7%；抗震等級為4級時，配筋率應為大于等于0.6%，鋼筋間距應在80～200mm 之間。

（三）設計轉換樓板

以轉換層為界限，框支剪力墻在下部與上部具有差異化的內力分布特點。在上部樓層系統中，形成的外荷載主要結合等效剛度按照具體的比例進行分配；在下半樓層中，落地型剪力墻與框支柱具有不同的剛度，落地剪力墻集中承受水平剪力，分配荷載時形成突變。設計轉換層樓板時要考慮到樓板在平面范圍內變形幅度大，受力也比較多，因此要使其形成充足的剛度，厚度需超過180mm，采取雙向雙層配置鋼筋的方式，每個方向每個樓層的配筋率都應高于0.25%，以此達到剛度設計要求。

結束語

梁式轉換層在建筑中應用得越來越多，但是其中結構設計部分的工作是比較復雜的，設計者需結合設計要求實施設計，本文全方位地分析了梁式轉換層的重點設計事項，同時分析各個部分的具體設計問題，設計者需加深對梁式轉換層系統的認識，控制關鍵環節，對梁式轉換層以及多功能型建筑的整體安全性加以保障。