高層建筑梁式轉換層結構設計

陸軍偉

（河北 石家莊 050200）

一、梁式轉換層結構形式

（一）梁式轉換層結構形式

實際工程中應用的梁式轉換層結構有多種形式，主要原理就是利用下部的轉換大梁來支托上部結構。

（二）梁式轉換結構受力機理分析

梁式轉換層結構的傳力途徑為墻—梁—柱(墻)的形式，傳力直接，便于分析計算。轉換大梁的受力主要受上部剪力墻剛度、剪力墻與轉換大梁的相對剛度和轉換大梁與下部支撐結構的相對剛度影響。從計算分析不論轉換大梁上部墻體的形式如何，只要墻體有一定長度，轉換大梁中的彎矩就會比不考慮上部墻體作用要小，同時轉換大梁也會有一段范圍出現受拉區。主要原因：1.由于轉換大梁處于結構整體彎曲的受拉區，應力積分后在轉換大梁中就會出現軸向拉力；2.由于上部墻體豎向力作用于轉換大梁時形成了拱的傳力方式，這樣豎向力轉變成斜向力作用于轉換大梁，從而在轉換大梁跨中出現拉力，支座出現軸向壓力的情況。

二、梁式轉換層結構設計要點

（一）結構豎向布置

高層建筑的側向剛度宜下大上小，且應避免剛度突變。然而帶轉換層的高層建筑結構顯然有悖于此，屬于“高位轉換”。轉換層上下等效側向剛度比宜接近于1，不應大于1.3。在設計過程中，應把握的原則歸納起來，就是要強化下部，弱化上部。可以采用的方法有以下幾種：

1.與建筑專業協商，使盡可能多的剪力墻落地，必要時甚至可在底部增設部分剪力墻(不伸上去)。除核心筒部分剪力墻在底部必須設置外，還與建筑專業協商后，讓兩側各有一片剪力墻落地，這些無疑都大大增強了底部剛度。

2.加大底部剪力墻厚度。轉換層以下剪力墻中，核心筒部分的厚度取為600mm，其余部分的厚度取為400mm。

3.底部剪力墻盡量不開洞或開小洞，以免剛度削弱太大。

4.提高底部柱、墻混凝土強度等級，采用C50混凝土(框支柱采用C50混凝土)。

5.適當減少轉換層上部剪力墻數目，控制剪力墻厚度，并可在某些較長剪力墻中部開結構洞(結構施工完畢后再用填充墻填實)，以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利，還可減輕建筑物重量，減小框支梁承受的荷載；增大結構自振周期，減小地震作用力。工程綜合采用上述幾種方法后，轉換層上下剛度比在X方向為0.725，在Y方向為0.813，滿足規范要求，效果良好。雖然上下部剛度比滿足要求，但畢竟工程仍屬于豎向不規則結構，轉換層及其下各層為結構薄弱層，因而應將該兩層的地震剪力乘以1.15的增大系數。

（二）結構平面布局

工程底部為框架－剪力墻結構，體型簡單、規則；上部為純剪力墻結構。在剪力墻平面布置上，東西向完全對稱，南北向質量中心與剛度中心偏差不超過2m，結構偏心率較小。除核心筒外，其余剪力墻布置分散、均勻；且盡量沿周邊布置，以增強抗扭效果。查閱計算結果，扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.85，各層最大水平位移與層間位移比值不大于1.3，均滿足平面布置及控制扭轉的要求。可見工程平面布局規則合理，抗扭效果良好。

（三）轉換層結構的構件設計

1.轉換柱

在進行梁式轉換層結構設計的時候，需要對轉換柱的軸壓比進行很好的控制，主要是為使結構能夠具備非常好的延性。這主要是從抗震的層面上考慮的，假設該高層建筑在一級抗震的要求下進行設計，需要將軸壓比控制在0.6，假設該高層建筑在二級抗震的要求下進行設計，需要將軸壓比控制在0.7。

2.樓板

由于整個建筑的剪力大部分都在建筑的下部結構，導致轉換層樓面所受到的力非常的大。因此，需要對樓面進行加厚，這樣有利于剪力的重新分配，另外，值得注意的是，轉換層的樓板不能夠有太大的開洞，并且開洞時應該在洞口的周圍設置暗梁，還應該將開洞的位置盡量的遠離外側邊，如果需要設計電梯的話，那么在電梯間應該用鋼筋混凝土墻圍成一個筒體。

3.轉換梁

在進行轉換梁設計的時候，考慮到轉換梁的受力非常的復雜，轉換梁是上層和下層荷載的主要傳輸樞紐，因此，在實際設計的時候，應該設計足夠多的儲備，減少轉換梁的受力程度。在豎向荷載的作用下，轉換梁的梁端往往是最先受到破壞的，因此應該對其構造進行不斷的加強。

三、計算要求

（一）轉換大梁的設計

梁式轉換層的建筑結構設計大致分成兩部分：第一部分，轉換層大梁是柱傳下來的豎向荷載或者是承托建筑結構上部剪力墻的重要組成構件，其本身的受力比較大，也是做為整個建筑結構抗震安全的重要部位；第二部分，轉換層的樓板需要將建筑結構上層的水平剪力傳遞給下層的抗剪結構中去，其本身所承受的平面內剪力就比較大，而且還承受著一部分的豎向荷載，所以，必須要求建筑樓板有著足夠的剛度和強度。我們在實際的設計當中，一半是采用三維空間的分析程序，技術要求非常高，并且轉換大梁設計在整個的建筑轉換層結構設計中都有著重要的作用，應該引起高度的重視。

（二）分析計算轉換層

建筑整體結構計算完畢之后，還應該對轉換層采取平面有限元計算，并且對局部的應力進行相應的補充計算。在實施局部計算分析的時候，應該考慮轉換結構樓層房蓋的平面內剛度的影響，以及上下樓層能否進入局部的計算模式中進行計算，我們還需要注意實際結構的三維空間盒子的效應，以及符合實際操作的情況下進行正確的計算模型。實踐得出，框支剪力墻計算非常的復雜，其下部許多跟柱與上部的剪力墻是相連接的，假如這樣的連接存在著不當連接，那么極有可能出現較大的計算誤差。建筑空間的分析程序主要是以梁柱做為基本元素，而對底部框支剪力墻進行分析的時候，是以剪力墻做為柱的基本元素而考慮的。