高层建筑梁式转换层结构设计方法

陈 金

（中海油石化工程有限公司， 山东 济南 250101）

0 引言

随着我国城市人口数量的增加，人们日益增长的住宅需求与有限的土地资源之间的矛盾日益突出，在此情况下，我国建筑行业选择了建设高层建筑以满足人们的住宅需求。在建设高层建筑的时候，为了实现不同的使用功能，设计人员采用转换结构来应对平面布置竖向变化。由于梁式转换层的方法较为通用、简单，在建筑结构设计中得到了广泛的应用。

1 梁式转换层的设计原则

1.1 控制竖直构件的使用数量

为了有效降低转换层的刚度突变，以免在出现地震的时候破坏高层建筑的梁式转换层，在设计转换层的过程中，应该严格控制竖向落地构件的数量，从而降低转换构件的负荷，减小转换层上下单元的刚度变化，进而有效提升高层建筑物的抗震能力。

1.2 控制转换层的刚度

在设计梁式转换层的过程中，应该严格控制转换层的刚度及抗震构造。由于部分转换梁出现了整跨布置，使上部剪力墙体与转换梁形成倒T型构件共同受力，造成转换梁整体受拉，故《高规》(JGJ3-2015)要求转换梁高大于其跨度的八分之一，规定其纵向钢筋、箍筋及腰部钢筋配筋要求，确保转换构件的足够刚度及承载能力，从而保证梁式转换层结构的稳定性。

1.3 合理设计楼板

横向剪力墙的荷载通过转换构件传递至落地剪力墙及框支柱承担；实现这一传递的构件分别为转换梁、次梁、楼板。因此楼板作为传力构件传递水平荷载，应具有足够构造措施来确保楼板传力的可靠性。但梁式转换层的楼板也不是越厚越好，当承受竖向荷载时、板厚越厚分摊的荷载越大，很可能致使楼板出现较大变形而开裂。因此应该严格控制计算楼板的承受能力，保证转换层荷载的正常传递。

1.4 剪力墙的设计

上部剪力墙应在建筑布局允许的情况下尽可能落地，以保证竖向构件的连续性，且落地剪力墙应尽可能对称布置，以保证结构平面规则。为保证下部大开间整体结构有适宜刚度、强度、延性和抗震能力，应尽量强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体刚度。下部结构通常采取以下措施：强化下部结构，加大落地剪力墙厚度、提高混凝土强度等级、必要时可在房屋周边布置部分剪力墙提高抗震能力；上部结构可采取不落地剪力墙开洞、开口、减小墙厚等。

1.5 做好计算工作

在设计梁式转换层的过程中，还应该做好计算工作，详细分析转换层的变形情况，设计人员可以通过反应谱法、动力弹塑性的方法对结构模型进行详细的分析计算，研究梁式转换层结构在分析中的变形及构件受力。由于不同的转换层结构构件其本构模型不同，因此应该依据高层建筑的实际情况及《高规》（JGJ3-2015）规定，选择合适的计算方法来进行计算，保证模型边界条件及负荷相关的要求。

2 各转换层型式的优缺点

2.1 梁式转换层

此种转换层有着传力明确、施工方便等的特征。如高层建筑的上下轴线出现错位的情况，就需要多次转化次梁，从而致使建筑的空间受力较为复杂。

2.2 箱式转换层

此种转换层有着稳定性高、刚韧性强等的优点。通常情况下，在建设过程中转换梁柱中间有着很多的设备洞，这提高了施工的难度，进而提高了施工成本。

2.3 厚板式转换层

此种转换层的上部框架结构规划并不会对下部柱网造成较大的影响，设计人员可以随意的设置下部柱网，由于厚板的刚度较大，构成了一个承接台。此转换层有着施工简单的优点，但是也有着实用性较差、施工成本较高等缺点。

2.4 桁架式转换层

此种转换层与其他的转换层不同，在施工过程中框支柱柱顶弯矩及剪力施工难度较大，当轴线出现错位问题的时候，将增加施工的难度。

综合考虑高层建筑布置情况及施工难易程度等因素，使用梁式转换层结构型式是较为合适的。

3 工程案例

为了研究高层建筑梁式转换层结构的设计方法，本文以某高层建筑作为案例进行相关的研究。该高层建筑工程为34层建筑，裙楼的地上建筑是3层，地下两层。地下一楼作为结构的固定点，为解决地上两层的大开间及地下车库的使用功能其转换层设置在地上第三层，转换层以上采用标准的剪力墙结构，三层以下采用框支剪力墙结构。

4 梁式转换层结构的设计方法

4.1 转换大梁结构的设计

设计人员在设计高层建筑梁式转换层结构的过程中，应该详细的分析结构层的功能，例如在设计转换大梁的时候，设计人员应该详细计算结构的受力情况并满足相关规范的构造要求，并且根据计算结果进行设计工作，进而提升高层建筑的承载和抗震性能。

4.2 确定抗震等级

在高层建筑中，梁式转换层是较为常见的建筑形式，通常情况下含转换层的框剪结构处于纯剪力墙与框架剪力墙之间。因而，对于转换层结构的抗震要求也比较高，在设计过程中应该严格依据相关的规定来确定转换层的抗震等级。

4.3 设计结构层的竖向结构

高层建筑在建筑结构设计的过程中，应尽可能采用落地剪力墙，减少框支柱的使用，使转换层所转换的承载力尽可能减小，避免了结构竖向刚度突变，增加了上下部结构的整体性和连贯性。减少竖向构件的个数，尽量少的使用短肢剪力墙，减少框支柱的个数，结构的水平荷载尽可能的让剪力墙来承担。

再设计转换层以下及加强部位的剪力墙时应按照《高规》（JGJ3-2015）和《抗规》（GB50011-2010(2016年版)）的相关规定使上下部结构的侧向刚度尽可能一致，在结构计算通过的同时，满足相应的构造规定以确保建筑物的安全储备及抗震性能。同时，在设计过程中尽可能不在落地剪力墙上开孔洞，假如必须要开孔洞，则应该尽量的减小孔洞大小，避免应力集中，从而保证主要抗侧力构件的承载能力。

4.4 转换层的计算

在设计梁式转换层结构的高层建筑的时候，应采用不同的软件进行建模计算，分别采用反应谱及静、动弹塑性时程分析，并采用减、隔震措施满足抗震设防的要求，以达到预防震害的目的。

4.5 楼板设计

由于结构的上部水平剪力会经由转换层传给下部结构，因而转换层会受到较大的水平剪力，楼板将出现变形的问题，因而可以增加转换层楼面的厚度，在设计时可以使用厚于18厘米的现浇板，以实现水平荷载在板平面外方向的可靠传递；并在楼板中采用双向双排钢筋网。同时保证转换层楼板没有较大的孔洞。假如必须要开洞，则应该在孔洞的四周设置次梁或者是暗梁。

5 结语

综上所述，在设计高层建筑梁式转换层结构的过程中，应该依据建筑的设计要求及功能要求选择合适的构件布置方式，尽可能保证结构的整体性连贯性，避免竖向刚度突变，多利用落地剪力墙的抗剪优势，尽可能少的使用框支柱。因地制宜合理利用构件的受力特点，来满足规范规程对设计结果的要求，以实现安全、经济、美观的结构设计初衷。