有梁式转换层的高层建筑结构设计研究

姚建勇（广州市民用建筑科研设计院）

有梁式转换层的高层建筑结构设计研究

姚建勇（广州市民用建筑科研设计院）

随着我国建筑行业的不断发展，我国的大型建筑与高层建筑也越来越多，而作为建筑施工中一项非常重要的内容-建筑梁式转换层，直接关系着建筑的稳定性，企业利用建筑梁式转换层，能够使高层建筑工程中的空间结构更加合理，而且利用这种建筑结构有利于均衡受力，这使得高层建筑更加稳固更加安全。所以，在进行建筑施工时，我们应该对建筑梁式转换层结构进行设计分析与应用。

建筑；梁式转换层；结构设计

引言

随着我国城市化进程的不断加快以及城市人口的不断增加，使得我国城市用地面积日益萎缩。在这一背景下，我国的建筑行业逐渐加强了对高层建筑的构建，继而由此满足城市居民的居住需求。事实上，在建设高层建筑的过程中，为了推动建筑工程不同功能区的实现，需要施工队伍加强对转换结构的使用。而梁式转换层凭借其施工简单等优势，获得建筑行业的青睐，并在建筑过程中获得了广泛应用。

1 梁式转换层结构设计技术可行性分析

1.1 概述

为了能够达到人民对建筑质量的要求，在高层建筑的施工过程中我们常常使用梁式转换层。转换层的种类很多，合理利用各种转换成的基础是我们能够对它的原理进行分析和了解。所以首先我们应该对梁式转换成的设计原理进行分析。梁式转换层结构的传力途径为墙、梁、柱的形式，受力直接方便计算。

1.2 可行性分析

梁式转换层由两部分组成：①框支柱；②框支梁。框支柱决定框支层的类型，以及层数，可以说框支柱在转换层的结构中占有比较重要的地位，我们在进行转换层结构的设计之前，需要对框支柱进行一定的设计和选取，因为不同的框支柱的承受力，剪力都不相同，建筑单位需要根据自己计算出的梁式转换层的各项参数标准来选取合适的框支柱。例如当高层建筑所使用的框支柱在十根以上，那么框支层的数量也就是一层或者两层。再者就是框支梁，框支梁截面的设计关系到梁体整体的稳定性，所以施工单位应该重视它的设计。而设计框支梁需要顾及到多种因素，比如说框支梁的设计参数高度需要考虑它的跨度，而它的宽度通常由高层建筑墙体的厚度决定。因为在高层建筑中，框支梁承受多方力，我们无法准确判断受力的来源，所以说建筑单位在进行转换层的设计时必须严格规划框支梁，使其达到标准。所以在进行梁式转换层结构的设计时，我们需要注意各种方面，并协调各个结构，使他们能够配合起来，共同为高层建筑的稳定发挥作用。

2 高层建筑梁式转换层结构的设计原则

2.1 降低竖向构件的使用

在进行结构转换的设计时，竖向构件的使用并不少见。过多竖向构件的使用会使转换层结构的稳定性及强度渐渐变小，容易导致建筑结构的稳定性降低，不利于提高建筑结构的抗震性能，所以应合理分布竖向构件。

2.2 对称设置转换柱和剪力墙

在设计时，要将转换柱和剪力墙进行对称放置的方式。立柱的转换会使整体结构受到影响。一般来说，对称的结构较为稳固、不易变形，所以，对称放置转换柱和剪力墙是最好的选择，可极大增强建筑的稳定性，从而达到防震的目的。

2.3 增强转换层下部主体的结构刚度

在设计过程中应考虑采用增强下部主体结构、弱化转换层上部刚度，使转换层上下部之间结构变形与抵抗弹性形变的能力之间达到协调统一、相互一致的方法来保证建筑物整体结构具有较好的抗震性和较强的刚度。增强下部主体结构抵抗弹性形变的能力的主要方法存加大转换层下部主体结构的截面面积、增加剪力墙数量、增强混凝土的强度等方法。

2.4 确保转换层足够的刚度

在进行建筑结构设计时，应注意调整高度和跨度的比例。合理的比例才会来确保转换层具有足够的刚度，这样才可以有效地确保内力在转换层和下部构建的合理分配，转换梁和剪力墙柱的受力性能相对较好，才能够对结构发挥重要的作用。

2.5 转换层结构位置不能过高

过高的转换层会对建筑的抗震能力大大的削弱，转换层过高会使转换层周围的框支剪力墙的内力和强度大打折扣。所以在设计高位转换的时候，为减少层间内力突变和位移角，要仔细分析轴向变形刚度、弯曲刚度、剪切刚度等来控制转换层下部构件的刚度。除此之外，落地剪力墙之间的间距也应进行严格的控制，且不可小觑。

2.6 全面计算转换层结构

建筑整体结构中的重要组成部分一一转换层结构，在对其受力变形状态模型进行具体计算时，要精确分析建筑的三维空间结构，如应用有限元来补充和计算局部的转换结构。与此同时，还要考虑调整模型的外部条件使其符合具体的适用情况，以及转换层结构上部的局部模型计算。

3 案例分析

3.1 工程概况

某市新建广场其中一个地块包括地下两层车库，地上4栋单体建筑，分别含有裙房和塔楼，裙房和塔楼建设在地下室大底盘上。该地块有效用地面积17958.422m，建筑面积为87157.842m，地上建筑面积为64082.562m，地下建筑面积为23075.282m，容积率为3.625。为了满足拟建建筑物的使用要求，即建筑物的1～2层作为商用场地，2层以上作为民用住宅，需要在建筑物的第三层布设转换层，为满足建筑物功能使用要求，最后选用框架——剪力墙结构。

3.2 方案选择

目前高层建筑转换层形式布局复杂多样，依本工程的特点来看，上部起到承重作用的只有7层，这类层数相对较少，所以决定采用普通钢筋混凝土框架柱。在施工方还没有敲定方案之前，对以下三种结构形式进行经济上和技术上的比较，从而确定什么样的方案更合理、经济。

（1）方案一：剪力墙和柱+实腹梁式转换层+钢筋混凝土框支柱；

（2）方案二：剪力墙和柱+箱型转换层+钢筋混凝土框支柱；

（3）方案三：剪力墙和柱+厚板转换层+钢筋混凝土框支柱。

3.3 各方案尺寸选择

3.3.1 竖向结构尺寸

各转换层结构的主要竖向结构截面尺寸布置情况如表1所示。

表1 各转换层方案竖向构件尺寸（单位：mm）

3.3.2 水平结构尺寸

各转换层结构主要水平转换构件的尺寸如下：

方案一：实腹梁式转换结构构件尺寸

表2 梁式转换层结构构件尺寸

方案二：箱型转换结构构件尺寸

箱型转换结构的肋梁应考虑上部轴承垂直结构的厚度，截面尺寸通常由剪压比控制，其厚度不应小于400mm，高度可根据跨度确定，通常可取1/5～1/8跨度，此外，为了确保有足够的刚度，使结构箱形转换层具有良好的完整性，箱型转换，下板厚度不应小于180mm。箱式转换如图1～2所示。

图1 箱型转换

图2 箱型转换剖面图

方案三：厚板转换结构构件尺寸

厚板转换层结构的厚度需要考虑的因素较多，如受冲切、受剪、受弯等，通常可以取轴网距离的1/3～1/6，厚度一般在1～3m，因为转换厚板的面积较大，宜尽量取小一些，降低工程造价。根据本工程的特点厚板厚度取为1200mm。

3.4 转换层结构形式确定

3.4.1 方案一：实腹梁式转换层结构的优缺点

梁式转换层结构是实际工程中应用最为广泛的一种结构形式，其具有设计思路明确、计算分析简单、施工方便等特点。在该项目中，需要转换的垂直构件基本上直接落在转换梁，少数几处需要做二级转换，在结构安排上，上部转换构件的中心线与梁式转换结构应力重叠，整体转换受力是有利的，梁式转换结构质量和刚度都大，设计时需采取有效措施改善。综合考虑，梁式转换层结构形式的几种改造方式更为经济合理。

3.4.2 方案二：箱型转换层结构的优缺点

箱形转换层结构的整体刚度、抗弯、抗剪、抗扭转能力强，能有效减少应力集中的出现，可以缓轻转换层刚度突变情况，有利于结构抗震；但箱式转换层结构的自重较大，会增加垂直结构的负担，此外箱型结构多用于转换层结构作为设备层的建筑中。综合考虑，本工程采用箱式转换层结构是不合适的，相对于梁式转换层结构期受力性能提升很小，但材料使用成本增加了，而且施工过程较为繁琐，整个项目的成本是比较高的。

3.4.3 厚板转换层结构的优缺点

厚板转换层结构优势在于顶部垂直组件可以任意排列，以满足建筑物使用要求。厚板转换层结构的刚度大，受力复杂，地震作用下会引起强烈的地震响应，转换层结构上下刚度大，容易产生应力集中，因此抗震性能差；厚板转换层施工结构复杂，材料消耗成本是非常高的。根据该项目的特点，建筑轴线网的布局规则，垂直分量转换层以上直接转换为下层的垂直分量，转换形式不复杂，因此无需使用厚板转换层结构。

4 结语

随着我国城市化进程的推进以及城市人口的激增，使得建筑行业为了满足城市居民居住的需求，加强了对于高层建筑的构建。事实上，为了进一步提高工程建筑的质量，其还加强了对于梁式转换层的设计。本文主要分析了高层建筑梁式转换层结构设计原理，并就南京市某高层建筑为例，分析了高层建筑梁式转换层结构的设计步骤。随着相关措施的落实，我国的高层建筑必将获得长足的发展，并推动我国社会的不断发展。

[1]才 红，宁 尧，么巧亭.高层建筑梁式转换层结构的设计论述[J].江西建材，2015（22）：27+31.

[2]付 全.分析高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用[J].建筑设计管理，2014（8）：60～61+64.

[3]柯 松.高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用研究[J].低碳世界，2016（6）：128～129.

[4]陈顺昌.对某高层建筑梁式转换层的结构设计探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2014（1）：46～47.

TU973

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2095-2066（2016）34-0168-02

2016-11-23