關于高層建筑梁式轉換層結構設計分析

許凱龍

【摘要】梁式轉換層結構的應用不僅可以完全展現高層建筑設計的靈活性，同時也讓高層建筑的施工變得更加便捷，這對于提升高層建筑性能和節約施工成本都十分有利。本文就高層建筑中梁式轉換層結構的設計進行分析，希望可以對梁式轉換層結構的合理應用和高層建筑的良好發展有所幫助。

【關鍵詞】高層建筑;梁式轉換層結構;設計

【中圖分類號】TU2

【文獻標識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）11-0072-02

1.梁式轉換層結構的主要功能分析

在高層建筑的建設過程中，建筑上部結構受力部件的密度會隨樓層高度而下降，因此建筑結構整體容易出現上疏下密的情況，致使高層建筑上下結構受力不均和應力過度集中[1]。針對上述狀況，我們將梁式轉換層結構應用到高層建筑中，將建筑上部的應力傳遞到下部，保障建筑上下部均勻受力，有利于提升高層建筑的安全性和穩定性。

2.梁式轉換層的結構設計原則分析

2.1保障構件對稱

對稱的建筑結構相對不對稱的建筑構件穩定性更佳，所以在設計梁式轉換層結構時，對于關鍵性的構件，一定要注重其布局的對稱性。比如，對稱放置轉換柱和剪力墻等裝置，可以保障建筑結構的穩定，提升其抗震性能。

2.2合理布置豎向構件

梁式轉換層結構中有很多橫向構件和豎向構件，在實際的應用時，過多的應用豎向構件會影響整體結構的穩定性，降低高層建筑的抗震性能。所以設計梁式轉換層時，一定要注重豎向構件的合理布置。

2.3合理設置結構位置

在高層建筑中，如果梁式轉換層結構設計得比較高，就會對周圍的剪力墻產生很大的影響，降低其抗震性，所以在具體的設計過程中，應該對其軸向變形剛度、彎曲剛度以及剪切剛度進行合理分析，控制好梁式轉換層下部結構的剛度，并嚴格控制轉換層和落地剪力墻之間的距離。

3.高層建筑梁式轉換層的具體設計分析

3.1截面的設計和構造

在進行梁式轉換層的截面設計之前，設計人員首先應該對梁的受力性能和梁式轉換層的受力形式進行全面分析，在轉換梁截面的設計中，主要的設計形式有兩種，其一是柱型設計，其二是托墻型設計。

在應用柱型設計法進行轉換梁的設計中，截面尺寸需按照剪壓比進行計算，這樣就可以避免脆性破壞的情況出現。截面的配箍率一定要合適，且在轉換梁中不能出現接頭。在設計過程中，應該盡量不要在轉換梁上開洞，如果一定要開洞，應該在梁的中間或軸的附近開洞，并在洞口和下弦桿用箍筋加密，這樣才可以保障整體結構的抗剪能力，如果洞口有著較大的內力，應該通過型鋼構件來加強處理。在對框架轉換梁中部軸向拉力進行設計和計算的時候，不能應用普通梁的設計和計算方法，而是應該適當增加一些縱筋的配筋量。

在應用托墻型設計法進行轉換梁的設計中，如果轉換梁的上部需要承載墻體，并且墻體滿跨沒有預留口，這時候的轉換梁就和其上部的墻體共同組成一個整體，并發揮出共同的作用，在受到外力影響的時候或者是遭到破壞的時候，這個整體結構就會呈現深梁的形態。所以，在對轉換梁的截面進行設計時，設計人員可以通過應力截面的方法進行設計，也可以通過深梁截面的方法進行設計，根據實際情況對轉換梁配筋進行計算，并將其適當分配在全梁高上。如果這時發現轉換梁跨中的內力較大，就應該對轉換梁底部的縱向鋼筋進行檢查，保障縱向鋼筋不出現彎曲現象，或者是直接將其截斷，然后全部深入到梁支座之內。

3.2轉換層的分析和計算

在高層建筑梁式轉換層的設計過程中，要想有效提升局部受力情況的補充計算效果，提升局部受力分析的科學性和有效性，就應該做好轉換層的分析和計算。在具體的分析與計算過程中，可以應用平面有限元分析法對數據之間的影響進行分析和研究。在此過程中，設計人員應該對平面內的剛度影響因素做到科學控制，根據樓面的需求和內部的實際情況來進行計算。同時，在進行轉換層的分析與計算過程中，設計人員還應該構建一個樓層平面剛度的三維空間模型，通過模型數據來控制轉換層的結構。因為框架支撐剪力墻的計算十分復雜，一旦連接不到位，在計算過程中就很容易出現誤差，進而影響整體的分析結果，基于這一情況，在建立空間分析的過程中，設計人員應該以梁柱和剪力墻作為基礎，建立起底部框架支撐剪力墻的分析過程，并建立相應的研究模型，以確保計算結果的準確性。以下是通過SATWE軟件和ETABS軟件對某高層建筑梁式轉換層的計算結果如表1。

3.3抗震設計

高層建筑工程中梁式轉換層的應用，會對建筑高度方向的均勻性和剛度產生一定的影響，如果轉換層結構豎直方向的構件不連續，或者是出現柱截面和墻截面突變的情況，就會降低其豎直方向的承載力，同時，整體結構的傳力路線也會發生曲折，降低整體結構的抗震性能。因此，在對梁式轉換層結構進行設計的過程中，對三層和三層以上的梁式轉換層的設計，設計人員應該根據相關的規定，提升框支柱和剪力墻底部加強位置的抗震等級，在抗震等級達到了最高級別的時候，設計人員需要通過提升構件抗震性的方法來提升整體結構的抗震效果。對于底部的轉換層框架、密柱式外圍的筒中筒結構以及核心筒結構，在設計的過程中并不需要提升抗震等級。但是在進行八度抗震設計的過程中，設計人員應該充分分析豎向的地震作用對整體結構的影響，進而讓整體結構設計達到良好的抗震效果。

某建筑的總高度是91.5m，其中1層和2層是裙樓，1層的高度是6.0m，用于架空層與管理用房;2層的高度是4.5m，用于商業開發鋪面;3層到29層都屬于標準層，高度是3.0m，均是住宅。地下部分為設備用房與地下車庫，每一層的高度都是3.5m。其抗震參數如表2。

3.4大梁設計

在梁式轉換層中，轉換層的樓板可以將上一層結構中所產生的水平剪力向下一層的抗剪結構中進行傳遞，轉換層不僅需要承受水平面內很大的剪力，也要承擔一些豎直方向的力，因此，要想保障轉換層的承受能力，轉換層就應該具備足夠的強度和剛度。在轉換層的應用過程中，最重要的承重部分就是轉換層的大梁，它不僅需要承托起上部剪力墻施加水平方向的力，也需要承托起剪力柱施加的豎直方向的力，大梁自身有著很大的受力負荷，這對于整體結構的抗震效果也有著關鍵性作用。因此，在對轉換層進行設計的過程中，設計人員應該注重對大梁的設計。

3.5樓板設計

在高層建筑的轉換層中，樓板可以對上層和下層的剪力進行傳遞，在樓板的設計中，設計人員應該根據剪應力對其強度和剛度進行設計，這樣才可以有效避免樓板在剪應力作用下出現變形、開裂等的情況。根據相關規定，高層建筑轉換層的樓板最小截面要大于180mm，在板面和板底之間進行雙向配筋，用鋼筋在樓板周邊或者是墻體上進行固定。在設計的過程中，樓板不要出現錯層，落地剪力墻和筒體的部位不可以開洞，保障樓板的整體性。如必須在樓板上開洞，則可以在樓板的邊緣處開洞，或者是在洞口的周邊設置邊梁，以此來提升樓板剛度。邊梁厚度應該為樓板厚度的兩倍，并采用機械焊接的方式將鋼筋接頭焊接起來。提升梁式轉換層樓板的強度和剛度，增加其承重能力，提高整個建筑的穩定性。

4.結束語

綜上所述，將梁式轉換層結構應用到高層建筑的施工中，可以進一步提升建筑的安全性和穩定性。因此，在梁式轉換層結構的實際應用過程中，設計人員一定要通過科學合理的方法對梁式轉換層進行設計，確保充分發揮其優勢，提升高層建筑的建設質量，滿足對高層建筑的需求，推動建筑行業的良好發展。

參考文獻

[1]陳仕廣.高層建筑梁式轉換層結構設計的要點分析[J].房地產導刊，2019（27）：45.

（作者單位：廣東省重工建筑設計院有限公司）