建筑结构设计中的梁式转换层结构设计分析

何超

摘要：近年来，随着建筑行业的快速发展，以及城镇化进程的加快，越来越多高层建筑出现，但是高层建筑对技术要求很高，传统的建筑结构设计技术已经无法满足高层建筑功能的需要。为此，采用梁式转换层结构可以提升高层建筑功能转化效率，是一种专门应用于高层建筑工程结构设计中的形式。

关键词：建筑结构设计;梁式转换层;结构设计分析

1转换层的类型和特点

转换层可以根据建筑的功能分为以下几种结构：第一种，梁式转换层，该结构主要被用在底部大空间的框架剪力墙结构中，能够将上部剪力墙转换为下部框架结构，从而形成不落地的剪力墙。在需要横纵向同时转换时应采用双向梁布置，该结构的设计施工相对简单且传力结构明确，在实际建筑结构设计中得到了广泛的应用。第二种，箱式转换层，该结构主要被应用在转换梁截面较大的情况中，在转换梁的梁顶和梁底部同时设置一层楼板形成一个箱形梁，该结构可以全层转换布置，具有约束性强、刚度大、整体效果好、上下部结构均匀的优势，但是该结构需要开大量的设备洞，施工相对复杂且总体成本较大。第三种，厚板式转换层，该结构主要被应用在上下柱网错位较多且无法用梁体直接承托的情况下，板式转换层的厚度可以结合柱网的实际尺寸和上下部结构的荷载情况来确定，该结构具有下部柱网布置较为灵活、厚板刚度较大、整体性好、施工简便的优势，但由于厚板自身有较大的重力，地震作用大容易在地震时产生自我破坏，且对材料的用量较大，整体成本较多。

2梁式转换层的结构形式研究

转换结构不仅受建筑物的受力形式、上部结构的大小和形式的影响，还受转换梁的位置和上下楼层刚度的影响。在分析转换梁的结构形式，根据跨度、功能和墙形式可分为以下类型：①根据不同转换层的跨度数量，可以分为单跨，双跨和多跨结构;②根据转换梁的功能不同，可将其细分为支撑墙和支撑柱结构;③根据转换层上部形式的不同，可将其细分为满跨和不满跨两种形式，同时还包含开洞、不开洞等诸多的结构形式。

3建筑结构设计中的梁式转换层结构设计

3.1框支柱设计

轴压比和剪压比决定了框支柱的截面尺寸，为了使框支柱有更高的延性就必须控制轴压比。对于建筑工程的框支柱而言，其抗震等级是一级，所以轴压比的设置不能超过0.6。其次，柱截面的延性还和配箍率有很大的关系，所以框支柱的配箍率一般比普通框架柱的大，箍筋需要加密且不能低于1.5%。在建筑工程中，对于既做框支柱又冲淡剪力墙端柱的还要求约束边缘构件配箍特征值不可低于0.2。框支柱作为建筑工程梁式转换层结构中的重要构件之一，必须保证其质量和安全性，所以要求每一层承受剪力的和应是基底剪力的30%左右。在计算时若楼板的刚度无限大，则需要对水平剪力进行竖向的构件刚度分配工作，该过程中要保障底部的剪力墙刚度大于框支柱的刚度，避免剪力下降等施工问题发生。在框支柱设计过程中，可以进一步强化转换层的上下连接，避免框支柱剪力过大导致的施工问题发生。施工企业可将框支柱的上部墙体范围中的纵筋伸入到上部墙体内，其他纵筋则应该水平锚入到转换层的梁板中。

3.2抗震设计

转换层位置越高，此结构的抗震性越差。因此，结构设计中需要保证转换梁结构刚度满足有关硬件标准，并对转换梁材料、高度、构件等进行规范化布置，进而提升结构抗震性质。具体设计要求应包含以下内容：首先，转换梁高度需要高于其跨度的20%，材料主要是高性能混凝土材料。其次，如果建筑底部的空间大，框支剪力墙结构层数应大于6层，依据建筑物的抗震等级科学调整转换层高度。比如，对于9度的抗震设防烈度，不能在建筑中应用转换层结构。最后，应用转换结构时，对于剪力墙和转换柱，需要依据技术规范进行施工布置，确保二者对称性，将剪力墙布置在转换柱中间。同时，尽量减少竖向转换构件的应用，否则会对功能转化效率产生影响，增加转换构件的数量，产生一定的安全隐患。

3.3梁式转换层结构设计注意事项

梁式转换层结构在设计时，一定要协调好梁和梁之间的位置以及承受的压力。只有位置合理，才会为梁式转换层结构的安稳打下基础。转换层结构的安穩，才能保证建筑工程的质量。在设计梁式转换层结构时，一定要注重转换层结构下部结构的承受能力，下部承受的强度比较大，一定要有承受的能力。同时要注意结构墙的受力情况，一定要保证转换层结构楼板要铺设合理，使结构墙受力均匀，提高转换层结构的承受强度。转换层结构使用的材料，也要选取有抗震能力的混凝土，基本保证转换层结构质量。梁式转换层结构设计人员一定在设计前对建筑工程有一定的了解，并且实地勘察，这样在设计时，才会将转换层结构设计合理、科学。

3.4钢管支撑架

在进行转换梁的施工时，由于支撑系统的布置较为密集，通常采用钢管支撑架。此外，如果转换层上层结构的自重不强，并且施工荷载不大的情况下，也可以利用钢管支撑架进行施工。另外，如果转换层采用的是板式结构，施工时通常用到钢管支撑架。具体施工期间，立杆间距通常控制在600mm×600mm之内。剪刀撑与立杆错开布置，间距1.2m。搭设时要注意各杆件相交伸出的端头均应大于100mm，以防杆件滑脱。扣件拧紧力矩必须控制在65～80N·m之间。对于转换梁下为板的情况，因下层楼板不能承受每一次浇筑梁的施工荷载。因此下面钢管架尽量增加斜撑，使传到板的荷载向主次梁传递。当转换梁刚开始搭设时，由于连墙件还未设置，为确保转换梁的稳定性，应每间隔几跨（多为6跨）设置一根抛撑，即用一根斜钢管，一端用旋转扣件连接在立杆上，另一端斜撑在地面上，起支撑的作用，直至连墙件安装稳定后，方可根据情况拆除。

4结语

综上所述，采用梁式转换层结构可以使高层建筑的受力状态更加协调。同时，由于结构在施工中的方便性，梁式转换层在转换层结构中得到了人们的认同，广泛应用于高层建筑中。在建筑工程结构设计中，对于带有转换层结构的高程建筑，在进行梁式转换层结构设计时会受到诸多因素的干扰而可能无法实现设计目标，所以为保证建筑结构设计和具体情况相符，应尽量遵循布置规则、均匀、对称的原则，尽量使横纵向布局和上下刚度靠拢，注意对特殊构件，如框支柱和框支梁的设计优化。此外，考虑到转换层结构设计较为复杂且工程量很大，需要将概念设计和结构设计结合起来，注意在充分掌握相关原理、数据的基础上再使用合适的设计方法来实现最优设计效果。

参考文献：

[1]]黄志勇.论某高层建筑梁式转换层结构施工[J].广东科技，2014（6）：90-92.

[2]談鑫.高层建筑梁式转换层结构施工理论及其应用研究[J].建材与装饰，2015（52）：85-86.

（作者单位：沈阳市华域建筑设计有限公司）