高层建筑梁式转换层结构设计

陈静

摘 要：在市场经济和科技技术的推动下，建筑行业得到了更多的发展空间，高层建筑也越来越多，在高层建筑结构中，梁式转换层的结构是应用最多的。这种结构在建设构造上比较简单，还有较强的受力性能，主要是施工更加方便，能节省很多施工成本，在越来越多的高层建筑中都被应用。本文分析了高层建筑中梁式转换层结构的设计要点。

关键词：高层建筑；梁式转换层；设计

中图分类号：TU97 文献标识码：A

高层建筑能有效缓解土地资源的使用情况，在建筑结构设计上人们也更加注重建筑的质量和结构安全性。应用梁式转换层结构能让高层建筑的结构设计更加合理，让其有更大的活动空间，而且还能让高层结构受力更加均衡，整体建筑结构的稳定性都得到了有效提升。在实际梁式转换层的结构设计中，施工人员要把握好设计的原则，根据建筑的实际功能和特性进行设计，避免有浪费的情况出现，这样也才能使建筑自身的经济效益提高上来。

一、梁式转换层设计原则

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类型，并通过该楼层进行结构转换，则该楼层称为结构转换层。高层建筑结构中，很多设计师都比较青睐梁式转换层及设计，这一结构能让建筑物实现竖向刚度突变的目的。但是这一结构也是有一定缺点的，梁式转换层是比较脆弱的，它的抗震性比较差，一旦有地震发生就很容易受到损坏。所以，设计人员要在这方面对其进行改进，保证其质量达到一定标准。

1 设计梁式转换层时，要控制使用竖直构件的数量，这样能使转换层的刚度突变有效地降低，在地震作用力下，也就不会梁式转换层有较大的破坏，从而使建筑整体结构的抗震性能有所提高。

2 在设计梁式转换层时，要控制好其刚度，转变层的跨度和梁高有很多的关系，通常情况下，高度是要比跨度高出1/6的，这样能使转换层内力更加合理的分配，也能使结构部件更合理的布置。同时，转换层还要和剪力墙有更好的承重力，以此使梁式转换层的结构稳定性有所保证。

3 设计转换层楼板也是很重要的，有不少施工单位都会将楼板的刚度设定为无限大，在保证框支柱和剪力墙刚度在成正比例位置的情况下对其进行分配，这时楼板的上部结构会在剪力墙底部的作用下也进行水平方向传递。但是剪力作用几乎都由楼板来承受，从而使其受到竖向荷载力，这时楼板受力状态会更大，甚至有变形情况出现。建筑架构会受到楼板强度和刚度的影响，所以在楼板的选择上，要先监测其承受能力，合格之后才可以投入使用。

4 对梁式转换层上部结构的剪力墙进行布置时，要使它和梁柱呈现对称的特点，可以在转换梁跨中对梁上柱进行设置，这样一来，就算转换梁出现了变形情况，梁上立柱也不会有较大变形情况出现。而且，梁柱角要是有变化，就很容易发生变形，在弯曲的作用下梁上立柱也会有剪切力产生，过多的荷载力也会立柱内部产生。所以，要想保证转换层不出现变形，就要让剪力墙和立柱保持对称。

5 梁式转换层在设计的时候，还要做好相关的计算工作，对其变形状态做出仔细分析，还可以利用三维空间模型，分析梁式转换层的实际结构情况。然后再通过有限元的计算方法去补充转换层中有缺陷的结构，要是转换层不同，计算模式的实际应用也会有所不同，在计算应用的时候，要结合建筑的实际情况去分析，确保模型边界条件都和实际要求相符合。

二、高层建筑梁式转换层的结构设计特点

1 转换梁截面的设计方法

在设计转换层截面的时候，首先要考虑的是梁的受力性能，还有转换层的受力形式，然后再选择合适的计算方法。这种截面主要有托柱形式的转换梁截面以及托墙形式的转换梁截面这两种。其中，在设计托柱形式的转换梁截面时，要对截面尺寸范围进行充分考虑，该梁受力形式和普通梁受力形式差不多，所以在设计截面的时候应该将配筋情况考虑在其中，然后再选择计算方法。要是转换梁的承托形式是斜杆框架，那么轴向拉力将会对它有所影响，这时候，设计人员就要将偏心受拉构件的原理考虑建立，从而更优化地设计截面。在设计托墙形式的转换梁截面时，要将转换梁和上部墙体一起工作的结构考虑在内，而且在这里面还会有深梁现象存在，所以在该项截面设计的时候更应该用深梁截面方法进行设计，在有些情况下，也可以用应力截面的设计方法，根据特定的计算公式将纵向钢筋的数量算出来，在布置钢筋的时候，还要保证是沿着梁高进行配置的。

2 转换层结构构件的设计方法

在转换层附近不光是结构竖向刚度发生容易发生突变，還有可能有竖向侧力构件出现不连续的情况，这会导致转换层附近有结构传力发生突变的情况，特别有强震作用推动的情况下，薄弱部位也就会相应产生。要想将转换层的上部结构和下部结构刚度都有所提高，就要在转换层附近将结构的构件强度加大，这样才能让水平剪力的传递有所保证，而且在发生强震的情况下，还能让结构底层有一定的延性，不受到破坏。

3 转换层分析计算的方法

对转换层整体进行计算之后，还要用平面有限元这一计算软件对转换层本身进行计算，主要是补充计算其局部的应力。对局部进行分析的时候，要保证转换结构的上楼层和下口曾都在计算模型中，还要将楼层的楼盖平面所承受的刚度影响考虑在内，并根据实际的转换层情况选择合理的计算模型。对框支剪力墙进行计算要复杂一些，其上部剪力墙要连接到下面很多根支柱，一旦有连接不正确的情况，计算就会有较大的误差。所以计算的时候，最好在上部剪力墙和下部转换柱上都设立一个转换梁，让转换梁连接到墙肢上。

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。

5 转换层的抗震设计

带转换层的高层建筑结构中，由于设置了转换层，沿建筑物高度方向刚度的均匀性受到很大的破坏，转换层结构竖向承载力构件不连续和墙、柱截面的突变，导致传力路线曲折等，因此转换结构的抗震性能较差。为保证设计的安全性，规定“部分框支剪力墙结构转换层的位置设置在3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按《高规》的规定提高一级采用，已经为特一级时不再提高”，提高相关构件的抗震构造措施，而对于底部带转换层的框架，核心筒结构和外围为密柱框架的筒中筒结构的抗震等级不必提高。对转换层的转换构件水平地震作用的计算内力需调整增大。在8度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。

6 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。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。

7 楼板设计

由于结构上部的水平剪力要通过转换层传到下部结构，转换层楼面在其平面内受力很大，楼板变形显著，因此要适当加厚转换层楼面，建议采用厚度不小于180mm的现浇板，这样有利于转换层在其平面内进行剪力重分配，并加强转换大梁的侧向刚度和抗扭能力，也可使实际情况更符合结构整体计算中楼层刚度无限大的基本假定。而且混凝土强度不小于C30，并采用双向双排钢筋网，每排钢筋的配筋率不小于0.25%，转换层楼板不宜有大的开洞，当开洞时应在洞口四周设置次梁或者暗梁，楼板开洞位置尽可能远离外侧边，与转换层相近的楼板也应加强。

结语

綜上所述，在高层建筑工程中，梁式转换层大结构的设计工作具有较强的专业性。设计人员在具体的设计过程中需要具有清晰的头脑，对于相关设计理念进行全面的了解和明确，分析和计算不同转换层结构，使平面和空间的有限元程序确定下来，有利于建筑工程工作任务的减少和施工人员施工质量的提高。设计人员在进行梁式转换层结构设计方案优化的过程中，需要充分考虑梁的承载能力，事先对梁的受力性能进行全面的了解。如果普通梁结构和转换梁结构之间的差异比较大的话，设计人员需要采取有效的措施保证转换梁结构的稳定性和安全性，从而使高层建筑整体结构的可靠性得到保证。

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