带梁式转换层的高层建筑结构设计要点

高明

摘要：随着我国城市化进程的加快，城市用地愈加紧张，高层、建筑在城市建设中逐渐普及。梁式转换层由于具有设计和施工简单，受力明确的优点是目前应用最广泛的转换层结构。本文介绍了带梁式转换层的高层建筑结构，并探讨了梁式转换层结构在高层建筑中的设计要点。

关键词：带梁式转换层；截面；抗震

一、带梁式转换层的高层建筑结构

在高层建筑设计中，为满足建筑使用功能需要，在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接连续贯通落地时，需设置结构转换层，在结构转换层布置转换结构构件，我们称此结构为带转换层的复杂高层建筑。目前在工程中应用转换层的主要结构形式有：梁式、厚板、箱形、巨型框架等。我国高层建筑中，仅带转换层的建筑有几百栋之多。其中梁式转换层的建筑约占75%，板式转换约占12%。梁式转换层设计和施工简单，受力明确，转换梁可沿纵向或横向平行布置当需要纵、横向同时转换时，可采用双向梁的布置，一般广泛应用于底部大空间剪力墙结构体系中。但是其转换梁的跨度较大的时候，其对转换梁的截面要求也随之增大，这就引起了质量和抗侧刚度的增大。因此，其对地震的反应也会比较剧烈。

二、带梁式转换层的高层建筑结构设计要点

（一）转换梁的截面设计

转换梁截面设计方法的选择。转换梁截面设计方法的选择与其受力性能和转换层的形式相关。

当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面设计方法进行配筋計算。当转换梁承托上部斜杆框架时，转换梁将承受轴向拉力，此时应按偏心受拉构件进行截面设计。当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。由于此时转换梁跨中较大范围内的内力比较大，故底部纵向钢筋不宜截断和弯起，应全部伸入支座。当转换梁承托上部墙体为小墙肢时，转换梁基本上可按普通梁的截面设计方法进行配筋计算，纵向钢筋可按普通梁集中布置在转换梁的底部。

根据圣维南原理，影响转换梁受力特征的墙体高度应和转换梁的跨度有关，转换梁跨度越大，上部墙体的高度就应取得越高。分析表明：当转换梁承托的上部墙体满跨或基本满跨时，转换梁与上部墙体之间共同工作的能力较强，此时上部墙体和转换梁的受力特征如同一倒T形深梁，转换梁为该组合深梁的受拉翼缘，跨中存在很大的轴向拉力，此时转换梁宜按倒T形深梁进行截面设计。

应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析得到的结果是应力及其分布规律，为能直接应用转换梁有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，假定：（1）不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担；（2）钢筋达到其屈服强度设计值。（3）受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值。

（二）等效侧向刚度比的控制

高层建筑转换层的上部楼层的侧向刚度设计要低于下部楼层的侧向刚度，不然会导致下部楼层的的变形而建筑下层将会变成整个建筑的薄弱环节和薄弱层，对整个建筑项目造成巨大的负面影响，整体性将不合格。所以，为了杜绝这种现象的发生，通常要对相应建筑下层楼层的侧向刚度指数进行规定和设计。且侧向刚度不能低于建筑上层楼层的百分之七十，或符合上下三层的百分之八十的侧向刚度平均值。高层建筑侧向刚度比需要依据建筑设计中的混凝土强度、剪力墙厚度、混凝土的强度等级系数以及柱子截面尺寸等要素来确定。其下部楼层设计中的侧向刚度应依照和符合高层建筑的相应规定的限制，通过转换层为界，结构下层与上层的等效侧向刚度比例最好大约为1，当为非抗震设计时0.5则是等效侧向刚度比的最低值，而当抗震设计时最小值为0.8。具体工程设计的刚度比则需要加强概念方面的设计，依照具体及已经详细化的规范来设计底层楼层侧向的刚度比的大小和详细参数。需要控制高层建筑侧向刚度比以及层间位移角比值的大小，并对工程所需的侧向刚度的设计数值大小进行定位和评判，使工程项目设计更具合理性及精确性。

（三）带梁式转换层框支剪力墙结构抗震设计

控制转换层上下楼层刚度比、及转换层下部与上部的等效刚度。加强框支层刚度要求转换层及上、下楼层刚度基本均匀使转换层上、下结构整体抗侧刚度接近当下部刚度不够足时可以适当加大底部剪力墙的混凝土强度等级、厚度、增设剪力墙等。国家规定当底部只有1至2层框支层时要求计算的转换层下部与上部等效剪切刚度比非抗震时不应小于0.4抗震设计时不应小于0.5，当底部框支层在三层及以上时要求计算的转换层下部与上部等效剪切刚度比非抗震时不应小于0.5抗震设计时不应小于0.8。但是笔者认为设计人员不能以规范的最低要求控制转换层下部与上部等效刚度比如果接近于1最好。

转换层上部宜少采用短肢剪力墙尽量布置普通剪力墙因为短肢剪力墙的抗震等级要比普通剪力墙抗震等级高、抗震措施要求比普通剪力墙要求更严格短肢剪力墙抗侧能力也不及普通剪力墙不利于优化设计。

尽量不要采取高位转换或者更高位转换（转换层层数超过规范要求的层数时）转换层以下层数越多抗震性能越不好因为高位转换时刚度和质量都较大的转换层随之升高相当于结构重心上移、刚心上移不利于抗震优化设计。

各个构件的设计必须满足结构设计规范的各项抗震措施及抗震构造措施要求才能发挥结构的抗震性能要求。

三、带梁式转换层的高层建筑结构设计

某项目是二层地下室，上面有六个塔楼（C1，C2，C3，C4，C5，C6）。这几个塔楼全部带有转换层，针对这些转换层总结设计中应注意的问题：

（一）截面的设计。转换梁高度一般取跨度的1/3～1/6，当然也要根据框支梁托起剪力墙的大小和长短而定。该项目的梁截面大致取为800×1800，700×1400，600×1200，1000×2000，1000x2200。有一种剪力墙下需要这样设置转换梁，在建模时易采用双梁，中间用同截面的短梁连接，形成一个刚域计算。但是在画施工图时候就用一根大宽梁代替那块刚域。

（二）荷载的输入。一般按照建筑要求计算荷载，即恒载要考虑覆土重量，活荷载一般取3.5KN/m2。

（三）在特殊构件定义菜单中定义框支梁并且检查抗震等级是否需要提高一级。框支梁的调幅系数须由0.85调整为1.0。

（四）计算完后，如果有转换梁超筋，最直观的方法就是加大截面，如果层高限制不能加大尺寸，可考虑型钢混凝土梁。当有梁抗扭筋超限，除了加大截面外（尤其是宽度方向），还有一种简单的方法就是在梁里面加四个小型钢来抵抗扭矩（如图2梁大样）。但是有时候不是转换梁超筋，而是转换层上一层的剪力墙超筋，有的人认为可能是墙截面小了，就拼命加大墙截面，其实是不对的。这个时候最有效的方法就是加大转换梁的截面。

（五）带有转换层的剪力墙结构，我们发现与落地剪力墙相连的转换梁配筋较小，而此转换梁上部的剪力墙墙肢很长，受力应很大，经手算进行复核，发现电算配筋面积偏小。分析原因，是由于落地剪力墙刚度大，转换层以上各层梁与落地剪力墙相连的一端弯矩大，使传到剪力墙的轴力偏小，导致转换梁受力偏小，配筋面积偏小。这种情况，也只有将与落地剪力墙相连的转换层以上的梁端处理为铰支。因为电算未进行斜截面抗裂的验算，因此，转换梁的配筋面积可能偏小。所以，我们应对转换梁的斜截面抗裂进行手算复核。

参考文献

[1]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）[S]

[2]赵文文，祁娜.剪力墙构件在高层建筑带梁式转换层中的合理布置[J].施工技术，2013年22期.