高层建筑梁式转换层结构设计

崔凤君

摘 要：目前在各大的城市中都存在很多高层建筑，而且不仅仅是数量的增多，建筑结构的类型也增多，而在高层建筑中，使用最广泛的一个结构就是梁式转换层结构。因此这个结构的受力性非常强，而且结构相对简单，使用这种结构施工也很方便，梁式结构的设计既经济又实惠，使用这种结构能达到节约资金的目的。本篇文章主要是探讨了装换层，并且分析了梁式转换层的设计原则。文章的所有内容仅供参考。

关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计

设计梁式转换层是建筑设计师一个比较常见的工作，尤其是在高层建筑中，其结构的设计水平，与建筑的安全有直接的影响，设计的水平与建筑的寿命是正比的关系，如果设计水平低，那么建筑的寿命就短，如果设计水平高，建筑的寿命就长。近些年来，城市建设高层建筑已经成为趋势，而且高层建筑的发展，城市形象也越来越现代化。在提高设计水平上，梁式转换层结构设计有一定的作用。

1 转换层概述

1.1 转换层的概念

建筑物某楼层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构（设备）类型，并通过该楼层进行结构（设备）转换，则该楼层称为结构（设备）转换层。目前的高层建筑多为低层商用，上部住宿的多功能要求，在低层商用要求的大空间与上部住宿要求的多墙多柱的小空间之间，往往需要采用一定的结构形式进行转换处理，即加设转换层。

1.2 转换层分类

高层建筑转换结构一般可分为4种基本结构形式，即：梁式转换结构（包括托梁和双向梁格）、桁架转换结构（包括空腹桁架）、箱型转换结构、厚板转换结构。

2 梁式转换层设计的原则

2.1 在设计梁式转换层的时候，要控制结构中的竖向构件，其中需要结构转换的构件，使用的数量要减少，同时直接落地的构件数量要增加，这样做主要是以免转换层刚度发生突变，而且是将发生突变的概率降低，不仅如此，这样还可以将建筑结构的抗震性提高，保证其抗震效果。

2.2 在对在梁式转换层设计时，要注意转换层的刚度，保证其刚度在合理的范围内，建筑中的梁与梁的跨度有关，而且是有一定的比例，梁的高度一定要大于跨度，而且要超过跨度的六分之一，这样设计是为了能够保证转换层内力在分配的时候，有一定的合理性，而且布置建筑构件的时候也能合理。转换梁与建筑剪力墙柱的承受能力要强，这样转换层结构才能保持稳定。

2.3 在设计转换层的时候，也要设计层的楼板，而且这一环节的设计非常重要，一些施工单位在设计的时候，会采用假设方法，假定转换层楼板的刚度一直在增大，如果刚度在加大，那么建筑剪力墙以及建筑框支柱的位移程度也要与楼板的刚度想协调，根据楼板刚度，重新分配位移。一般楼板上层的剪力的移动方向与底部的移动一致，因为楼板一直处在受力状态，不仅仅是承受楼板的剪力，也承受着一定的荷载力。而承受两种力的楼板就会受力变形。建筑的结构又与楼板的强度以及刚度有关，因此在选择楼板的时候，要检测楼板的具体承受能力。

2.4 在布置转换层的剪力墙时，要注意其位置要与建筑中的梁柱相对称，而且梁上立柱要设置在梁的跨中，这样设计主要是为了在梁发生变形后，也能保证梁上立柱没有较大变动。如果梁柱脚有转角，那么梁就会有变形，而梁上立柱在弯曲的时候，就会有剪切力，这样立柱的内部就有了荷载力，为了保证建筑安全，以免发生变形，让剪力墙与梁上立柱呈对称方式。

2.5 设计人员在设计转换层的时候，还有对转换层的变形情况计算，而且分析其状态。如果条件允许，可以使用三维空间的方式，也可以使用有限元计算，从而补充建筑结构。建筑中的转换层不同，那么使用的模型就有差别，因此在使用中，要根据实际，将模型设计的符合规定。

3 高层建筑梁式转换层结构设计要点

3.1 转换梁截面设计方法

在计算转换梁截面面积的时候，采用的计算方式比较特殊，在充分考虑梁的受力能力之后，采用了正确的方式。一般建筑中转梁的截面的形式有托柱形式以及托墙形式两种，在设计拖住形式的梁截面时，主要考虑的是，截面的尺寸，这种形式的梁受力形式和能力与建筑中其他部位的梁相同。而设计的方法主要是看梁处的配筋。当承托转换梁主要是斜杆框架时，梁主要是受轴向拉力的影响，这时设计人员需要考虑的就是偏心受拉构件，这样也可以对截面进行优化。而托墙形式需要考虑的就是梁与墙体的作用，有些建筑还有深梁，因此设计的方法主要是深梁截面设计。除了使用这种设计外，还可以使用应力截面设计。通过公式，我们可以计算出钢筋使用多的数量，然后对梁上的钢筋合理配置。

3.2 转换层结构的构件设计

如果是竖向的构件，在转换层结构中容易出现突变，因此在设计构件的时候，要多加注意，同时还要考虑，竖向构件连不连续的问题，如果构件不连续，那么在转换层以及的附近的地区，就容易出现突变。如果遇到的强震，转换层就有了薄弱的位置，因此要将转换层的刚度提高，同时加强构件刚度。这样可以保证出现了强震结构依旧稳定。

3.3 转换层分析计算

整体计算完毕后对转换层本身应采用平面有限元计算软件做局部应力的补充计算。进行局部分析时，应考虑转换结构上下楼层是否进入局部计算模型，以及楼层楼盖平面内刚度影响，采用符合实际情况的正确计算模型。框支剪力墙的计算较为复杂，上部剪力墙需与下面多根柱相连接，如果连接不当会产生很大的计算误差。计算时宜在上部剪力墙肢与下部转换柱之间均设转换梁，墙肢与转换梁相连接。

3.4 转换大梁的设计

梁式转换层的设计构造要求：①转换层楼板要将上层结构的水平剪力传递到下层抗剪结构上去，本身承受很大的平面内剪力，同时又承受部分竖向荷载。因此要求楼板要有足够的强度和刚度。②转换层大梁是承托上部剪力墙或柱传下来竖向荷载的重要构件.本身受力很大，它是整个结构抗震安全的关键部位。因此，转换大梁的设计在整个转换层结构的设计中至关重要。

3.5 托墙形式转换梁截面设计

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。

结束语

高层建筑梁式转换层结构设计是一项专业性比较强的工作，在设计的过程中，设计人员必须具有清晰的思路，还要明确相关设计概念，对不同转换层结构进行计算与分析，还要确定平面与空间有限元程序，减少建筑工程的工作量，提高施工人员的工作效率。在优化梁式转换层结构设计方案时，要结合梁的承载能力，还要了解梁的受力性能，转换梁与普通梁在设计时有着较大的差异，设计人员一定要保证转换梁结构的稳定性，这样才能保证高层建筑使用的安全性。■

参考文献

[1]甄庆华.广州某超高层建筑结构设计的关键性问题研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[2]王豪.带转换层的高层建筑结构抗震研究[D].重庆：重庆交通大学，2012.

[3]王杰.梁式转换层和桁架转换层结构设计方案对比分析[D].成都：西南交通大学，2011.