某综合大厦梁式转换层的结构设计

陈应辉

【摘要】随着我国城市的快速发展，高层建筑日益增加。为了实现高层建筑的结构支架，我们需要设计一种可以进行结构转换的结构层，梁式转换成作为一个高层建筑支架转换的重要部分，对高层建筑功能及安全具有重要作用。本文通过工程实例论述梁式转换层结构的设计要点和结构构件设计。

【关键词】高层建筑；梁式转换层；结构设计

近年来，随着城市建设的飞速发展，为适应建筑功能需要，高层建筑平面布置和立面体型日趋复杂。其中较为常见的形式为：下部是大开间的商场或公共娱乐场所，上部是小开间的民用住宅。下部空间自由灵活，大柱网、少墙体，能满足公共使用要求；上部则利用较多的墙体来分隔空间，从而满足住宅户型的需要。如此设计，使得下部与上部的建筑结构体系形式形成较大的差异，违背了常规的结构竖向布置原则。因此，需要在上下不同结构体系转换的楼层设置转换层，以满足结构设计要求。带转换层结构的建筑由此被广泛推广。转换层结构形式包括桁架转换结构、梁式转换结构、箱形梁转换结构、空腹桁架转换结构和厚板转换结构等。其中，梁式转换层结构是目前高层建筑中使用最多的转换层结构形式。以下以一栋高层建筑的结构设计为例，阐述梁式转换层结构的设计要点。

1 梁式转换层的结构特点及结构形式

梁式转换层结构是一种利用下部的转换大梁，将上部剪力墙落在框支梁上，再由框支柱支撑框支梁的结构体系，也称为梁式框支剪力墙结构。其传力途径为墙—梁—柱（墙），由于传力直接、明确，便于工程计算、分析和设计，且施工较为简单，在底部大空间的框支剪力墙结构体系中被广泛应用。但是，其不足之处在于：如果上下轴线错位布置，则需增

设较多的转换次梁，空间受力就较为复杂了。

在实际工程中，梁式转换层结构形式多样，但其原理均为利用下部的转换大梁来支托上部结构。根据其上部结构形式及受力特点，可以将梁式转换层的结构形式归纳为八种形式（见图1）。

图1 梁式转换层的结构形式示意图

2 工程实例

2.1 工程概况

某综合大厦，总建筑面积28000m2，地下室1 层，地上22层。其中1～4 層为商业楼层，1 层层高为5.1m，2～4 层层高均为4.2m，5～22 层为住宅，层高均为3m。4 层设置结构转换层兼设备层，转换层以上为住宅楼（纯剪力墙结构），以下为框架—剪力墙结

构。

该建筑位于六度抗震区，建筑场地为Ⅱ类。该工程采用中国建筑科学研究院PKPM—SATWE程序进行结构设计和受力分析。

2.2 梁式转换层结构的设计要点

2.2.1 结构平面布局

该工程上部为纯剪力墙结构，底部为体型规则、简单的框架—剪力墙结构。为了改善结构的受力性能，提高结构抗震能力，增强抗扭效果，在对有抗震设防要求的建筑进行结构平面布置时，核心筒外的其余剪力墙应尽量沿周边均匀、分散布置，同时还可以将一部分剪力墙落地，贯通至基础，促使框支墙协同落地剪力墙受力。

2.2.2 结构竖向布置

该工程的竖向布置设计遵循“强化下部，弱化上部”的原则，同时要保证转换层上、下部主体结构的总剪切刚度比，避免转换层与下部结构竖向刚度产生突变。在满足建筑物使用功能要求的基础上，对上部结构采用减少转换层上部剪力墙数目，控制剪力墙厚度的做法；对下部结构采用提高下部结构的截面尺寸，在底部增设剪力墙，且加大底部剪力墙厚度，提高底部柱、墙混凝土强度等级（采用C50混凝土）。

2.2.3 抗震等级的确定

抗震等级是根据建筑物设防烈度和建筑物使用功能的重要性确定的，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2002）的规定，建筑工程分为四个抗震设防类别：特殊设防类（甲类）、重点设防类（乙类）、标准设防类（丙类）、适度设防类（丁类）。当剪力墙转换层结构设置在三层及三层以上时，为了保证设计的安全性，框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级应提高一级，如果已是特一级时可不用再提高。另外，在八度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。

该工程是多种结构形式共存的复杂高层建筑，在第四层结构层设置转换层，属于高位转换，运用SATWE程序进行计算时，在第一项“参数输入”中，如果把转换层设置在三层及三层以上（不含地下室），在计算结果中，所有框支柱的抗震等级则会自动提高一级。

2.3 转换层结构构件设计

2.3.1 框支柱的设计

框支柱的设计轴压比控制着框支柱截面尺寸，而且还满足剪压比要求。高层建筑结构抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数，其配筋应按放大后的弯矩设计值进行。另外，框支柱承受的地震剪力标准值为：框支柱大于10 根时，如果框支层为一至二层时，每层每根柱承受的剪力之和就取基底剪力的20%；如果框支层在三层及三层以上时，每层框支柱承受剪力之和则取基底剪力的30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端

梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整；而框支柱在十根及十根以下时，如果框支层为一至二层，每层每根柱承受的剪力至少取基底剪力的2%；如果框支层是有三层及三层以上，各层每根柱所受的剪力则至少取基底剪力的3%。

该工程的框支柱抗震等级为一级，轴压比≤0.6，对部分因截面尺寸较大而形成的短柱要≤0.55。抗震等级为一级、二级的框支柱承受地震作用产生的轴力设计计算值分别乘以1.5、1.25 的调整放大系数。钢筋配筋率方面，抗震等级为一级≥1.2%，二级≥1%，三级≥

0.9%。该工程根据SETWE软件计算，最后采用柱截面为1.1m ×1.1m～1.4m不等。

另外，为了加强转换层上下连接，框支柱上部墙体范围内的纵筋应伸入上部墙体内一层；其余在墙体范围外的纵筋则水平锚入转换层梁板内，满足锚固要求。

2.3.2 框支梁的设计

为保证转换梁结构的整体刚度，增强结构的可靠性，在《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》（JGJ 3—91）中对转换梁的最小高度和宽度作如下规定：框支梁截面的宽度要小于框支柱相应方向的截面宽度，宽度要大于其上墙厚的2 倍，且大于400mm；当梁上托柱时，则要大于梁宽方向的柱截面宽度。进行抗震设计时，高度大于计算跨度的1/6；非

抗震设计时，转换梁高应大于跨度的1/8。

框支梁不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件。因而，在设计时应适当加大配筋率。一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率要>0.6%，二级抗震等级的框支梁纵筋配筋率要>0.4%。该工程框支梁在满足计算要求的情况下，纵筋配筋率不应小于0.8%。框支梁一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，应配置足够数量的腰筋，即采用φ16 腰筋，沿梁高间距<200mm，并且可以锚入支座内。由于框支梁受剪很大，为满足“强剪弱弯”原则，需加强箍筋设置。箍筋采用φ14@100 的8 肢箍全长加密，配箍率达到1.53%。

2.3.3 转换层楼板厚度确定

转换层楼板是主要传力构件，承担着完成上下部分剪力重分配的任务。因此在设计时，对框支层楼板应进行截面尺寸的控制，并应进行抗剪截面验算、楼板平面内受弯承载力验算以及构造配筋要求，该工程转换层采用C50混凝土，楼板厚度取值为200mm；实际配筋为φ12×150 双层双向，楼板中钢筋锚固在边梁或墙体内，与转换层相邻楼层的楼板也适当

加强，板厚采用150mm，以协助转换层楼板完成剪力重分配。

3 结语

高层建筑转换层的设计，要结合其平面布置的复杂性、功能多样性的特点，合理选择转换层形式，准确选择建筑的抗震类别，确定各分部的抗震等級；竖向体型设计要规则、均匀，在平面布局上应尽可能规则、简单、对称；要特别重视框支柱、框支梁构件设计的特殊性。在设计工程中，设计人员要反复比较调整，以得到最为合理的设计。

参考文献

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