梁式转换层的高层建筑结构设计

苏光能

摘要：由于城市人口的急剧增长，同日渐减少的建筑面积形成了矛盾，所以，高层建筑在现代的发展非常迅速，人们对于高层建筑的功能需求越来越多。梁式转换结构作为高层建筑中能够实现垂直转换的构件得以广泛应用。本文通过对梁式转换层的结构形式与受力特点分析，探了梁式转换层结构设计的原则和构造的方法，为相关设计工作者提供一定的参考价值。

关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计

中图分类号： TU208 文献标识码： A

随着改革开放的不断深入，社会主义市场经济得到了发展，城市建设的步伐日新月异，人们对高层建筑的需求也越来越多。高层建筑尤其是综合化、体型复杂化的多功能建筑成为城市建设的发展趋向。在同一座建筑中，由于各个楼层被赋予的功能不同，上部楼层可能用于办公，中部楼层用于旅馆、住宅，而下部用于文化设施、商店和餐馆。加之建筑功能对空间的要求与结构的正常布置相反，因此必须在有结构转换的楼层设置转换构件，即转换层结构。梁式转换结构作为高层建筑中能够实现垂直转换的结构形式，以传力直接、作用明显、施工方便等优势在高层建筑中被广泛应用。

一、高层建筑梁式转换层结构设计的原则

、减少竖向构件

在结构转换时，尽可能的减少竖向构件，竖向构件存在的越多，那么所需要转换的结构就会越少，所以转换层结构的刚度的突变也就越来越小，对建筑结构的抗震就越有不利。

、转换柱以及剪力墙应对称布置

对于转换柱和剪力墙设置的时候尽量让它们对称，梁上面的立柱最好是转换成梁跨中，以免在转换梁变形的时候，在梁上面立柱的柱脚位置出现转角较大的情况，而且带动立柱的柱脚发生非常大的变形，导致柱的剪切和弯曲，致使立柱造成非常大的内力导致超筋。

、强化转换层下部主体的结构刚度

为了保证建筑物下部整体结构的抗震、延性、强度以及刚度等能力，应该对转换层下部的主体结构尽量的强化其结构的刚度，对于转换层上部进行弱化结构刚度，使得转换层的上下部的结构变形以及结构刚度特征接近。一般多采取提高混凝土的强度等级、增加转换层下部主体结构构件的截面尺寸、增设剪力墙等很多方法对其下部主体结构的刚度进行强化。当然了这里有两方面的问题需要注意:第一方面，通常在增设剪力墙用来提高高抗侧刚度的时候，需要注意建筑结构的整体刚度要均匀的分布开，保证质量的中心以及刚度的中心尽量能够重合，以免两者的中心偏移，引发建筑物的整体结构扭转;第二方面，如果简体截面的尺寸增大，会导致简体在整个下部结构抗侧总刚度之中占的比重更大，并且建筑结构地震的总反应也会增大，这样一来简体所能承受的抗震荷载的级数有增大的趋势，简体的安全设计做为抗震的第一层防线，这个环节必须重视起来。

、保证转换层具有足够的刚度

在建筑结构设计中必须要对转换层的刚度有着足够的保障，通常要求梁的高度大于跨度的12%，才能更好的保障内力在下部构件和转换层中合理的分配，剪力墙柱和转换梁的受力性能都比较好，才能对结构转换起到较好的作用。

、转换层结构位置可低不可高

当转换层的位置偏高时，容易造成框支剪力墙结构在转换层附近的内力和刚度都会降低，不利于抗震设计，而且抗震设计的底层框支剪力强结构和概念结构都存在着差别。在必须使用高位转换的时候，必须要控制转换层下部框支结构相同效率的刚度，也就是轴向变形、剪切、弯曲等的刚度需要重点考虑，这一措施对减少层间内力突变以及未移角都显得非常重要。与此同时，对落地剪力墙的间距限制必须要比底层框支剪力墙结构要求更加严格。

、带转换层结构计算要求全面

转换层结构是建筑整体结构中一个重要部分，在实际的受力变形状态计算模型的时候，应进行三维空间的整体结构分析，比如可以应用有限元的方法来对转换结构实施局部的补充和计算。与此同时，在转换结构以上的部分最少要选择两层的结构进行局部计算模型，而且还要注意使用中的模型外界条件必须符合实际的运行状态。

二、梁式转换层结构形式与受力特点

一般来说，高层建筑由于自身结构的特点，下部承受的压力随着高度的增加逐渐变大，因此在高层建筑结构的设计中需要考虑下部结构的承受力比上部结构大。然而，在实际的高层建筑设计中需要考虑反常规设计方法，理由是建筑使用功能对空间要求却是下部大空间，往上部逐渐减小。从《高层建筑混凝土结构技术规程》CTGJ3-2010)中转换层楼板应满足条件的规定，可以看出为了保证转换梁结构的整体刚度以及可靠性采取的限制措施。

、梁式转换层结构形式

转换梁的结构形式在实际工程应用中是多种多样:第一，从转换梁功能和形式上可分为:托柱和托墙、加腋和不加腋;第二，从跨数上可分为:单跨、双跨和多跨;第三，从转换梁用料上又可分为:钢结构、预应力混凝土、钢筋混凝土及钢骨混凝土等;第四，从上部墙体形式上可分为:开洞和不开洞、开门洞和开窗洞及满跨和不满跨。总的来说，基本原理就是使上部结构能利用下部的转换大梁来支撑。

（二）、梁式转换结构受力特点

梁式转换层结构的传力途径为墙一梁一柱(墙)的形式，具有传力明确、清晰、直接的特点。转换大梁作为梁式转换层的主要受力构件，其受力大小与受力形式受上部剪力墙刚度、转换梁的位置以及下部支撑结构与转换大梁的相对刚度等因素的影响。

三、计算要求

、转换大梁的设计

梁式转换层的建筑结构设计大致分成两部分:第一部分，转换层大梁是柱传下来的竖向荷载或者是承托建筑结构上部剪力墙的重要组成构件，其本身的受力比较大，也是做为整个建筑结构抗震安全的重要部位;第二部分，转换层的楼板需要将建筑结构上层的水平剪力传递给下层的抗剪结构中去，其本身所承受的平面内剪力就比较大，而且还承受着一部分的竖向荷载，所以，必须要求建筑楼板有着足够的刚度和强度。我们在实际的设计当中，一半是采用三维空间的分析程序，技术要求非常高，并且转换大梁设计在整个的建筑转换层结构设计中都有着重要的作用，应该引起高度的重视。

、分析计算转换层

建筑整体结构计算完毕之后，还应该对转换层采取平面有限元计算，并且对局部的应力进行相应的补充计算。在实施局部计算分析的时候，应该考虑转换结构楼层房盖的平面内刚度的影响，以及上下楼层能否进入局部的计算模式中进行计算，我们还需要注意实际结构的三维空间盒子的效应，以及符合实际操作的情况下进行正确的计算模型。实践得出，框支剪力墙计算非常的复杂，其下部许多跟柱与上部的剪力墙是相连接的，假如这样的连接存在着不当连接，那么极有可能出现较大的计算误差。建筑空间的分析程序主要是以梁柱做为基本元素，而对底部框支剪力墙进行分析的时候，是以剪力墙做为柱的基本元素而考虑的。

四、梁式转换层结构的设计与构造

（一）、转换梁的设计与构造要求

一般情况下，转换梁不宜开洞，如果必须要开洞的话，洞口最好设计在梁中和轴附近。转换梁上部主筋全长贯通的比例至少应有50%，下部主筋应全部贯通伸入柱内。非抗震设计时，转换梁上、下主筋的最小配筋率为0.3%;抗震设计时，一、二、三和四级抗震等级分别为0.5%、0.4%、0.35%和0.35%。转换梁中主筋不宜有接头;若存在接头时，应采用机械连接，并保证同一截面内钢筋接头面积不超过主筋截面积的50%，接头位置尽量避开梁上托柱、上部剪力墙及受力较大部位。

（二）、框支柱的设计与构造要求

一般情况下，可通过计算框支柱轴压比的方式确定其截面尺寸。抗震设计时，框支柱配筋需要按柱顶弯矩设计值进行，该设计值由柱顶弯矩乘以放大系数放大后得到;有地震组合时，由于地震作用带给一级、二级框支柱所承受軸力设计值的变化应分别乘以1.50、1.25的放大系数予以调整。

抗震等级为一、二、三和四级时，框支柱全部纵向钢筋配筋率分别不小于1.2%、1.0%、0.9%}0.8%。抗震设计时，全部纵向钢筋配筋率不宜大于4%，纵向钢筋间距的范围是80-200mm。

框支柱应采用沿框支层全高加密的箍筋方式，而框支柱水平箍筋可通过与柱箍筋相互配置的方式完成。

（三）、转换梁的截面设计方法

目前国内转换梁截面设计方法有:普通梁截面设计方法、偏心受拉构件截面设计方法、深梁截面设计方法以及应力截面设计方法。其中应用转为广浮的是应力截而设计方法。

总而言之，在进行高层建筑梁式转换层结构设计的时候，我们需要做好充足的准备，首先需要具备应有的理论性知识，并且在实际的设计中，对容易出现的问题进行很好的预防，做好细节的设计，以免由于细节上的问题导致建筑在日后的使用中出现安全的隐患。在每次的设计中，设计人员应该总结设计中的不足，并且对其改正，确保下个建筑的设计不会出现同样的问题，进而促进建筑工程项目的良好竣工，促进我国建筑行业的发展。

参考文献

[1]张博.高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用[D].湖南大学，2011.

[2]闫微微.带转换层的高层建筑结构设计[J].科技与企业，2013，06:21

[3]张玉石.高层建筑转换层结构设计中的问题分析[J].科技创业家，2013，11.22