高层建筑结构设计中的梁式转换层结构设计探讨

丁伟

（广水市建筑勘察设计院，湖北 广水 432700）

引言

带结构转换层的建筑上下部分通常为不同的功能区，在荷载和抗震等方面会有较大的差异，这类建筑物多为高层建筑，如结构首层功能为商业，二层及以上楼层功能为住宅。由于梁式转换的设计和施工更为方便，施工成本相对增加不高，实际应用性价比较高，因而通常在大梁、斜撑、箱形结构以及厚板中选择结构梁来作为转换构件，传力方向更明确，能够实现对高层建筑上部荷载的合理化配置，促使上下部分的建筑结构受力更为均衡，使得建筑物不会因为荷载过于集中而出现变形、坍塌等问题，有效地维护了建筑物的安全性

一、高层建筑梁式转换层的设计原则

预应力混凝土转换层作为梁式转换层的转换类型之一，其具有自重轻、成本低的优势；但随着建筑技术的不断发展，传统的预应力混凝土转换层的应用已经不能满足建筑技术的发展需要，也不能够满足较大承载力的需要。在此发展背景下，钢骨混凝土转换层这一种类型应运而生，这种类型不仅可以满足建筑技术的发展需要，能够实现建筑技术的创新发展而且还能够满足较大承载力的需要，具有广阔的应用空间和发展前途。钢骨混凝土转换层的刚度也更高，且可塑性、耐久性及抗震性均优于预应力钢筋混凝土，因此未来应用前景十分广阔。高层建筑梁式转换层的设计需要遵循以下几个原则：首先，减少转换。在建筑施工过程中应该保持竖向主体结构的持续性，保证混凝土转换层始终保持上下数值的结构，减少施工过程中的转换次数。其次，优化转换结构。高层建筑的抗震性能是保证其结构稳定的重要因素，高层建筑更要重点关注其抗震的能力，要从各个层次加以关注，保证建筑结构之间的稳定性，利用扁梁、支柱等结构工具进行抗震结构的建造，使之更符合抗震设计的要求，当然，这类结构也容易存在柱剪力过大的问题，因此要提高结构在重力荷载条件下的强度与刚度标准。再次，直接传力。上文中提到高层建筑梁式转换层设计要遵循一个重要原则就是减少转换，尤其是上下主体为竖向结构的设计，因为间接付力或多级转换会影响到抗震后板结构的稳定性，直接传力设计可以减少复杂的多级转换，避免水平转换结构应用间接传力，保证其传力的稳定性。最后，保证结构的强度。高层建筑梁式转换层的刚度、强度是结构设计的核心要素，要保证结构之间的设计合理，能够受力均匀。

二、高层建筑结构设计中的梁式转换层结构设计要点

（一）转换大梁设计

转换层大梁是非常重要的组成部分，是主要的承重结构，既有来自上部剪力墙的荷载，还要承受柱传递的力，因此在对有梁式转换层结构进行设计时，要详细计算受力情况，合理考虑各类计算参数，如刚度、强度、变形等，据此来设计梁的截面形式和面积，进行转换梁构造设计。托柱形式的转换梁若是对上部普通框架进行承托，可与普通梁的截面同等设置，若上部是斜杆框架，考虑到轴向拉力作用，需按偏心受拉构件设计；托墙形式的转换梁在对上部满跨墙体进行承托，转换梁墙体没有开洞时，其破坏形态、受力特征表现为深梁，需采用截面设计、深梁截面设计。大梁设计时要少采用单向梁，转换梁与框支柱截面中线宜重合，尽量不要进行开洞，否则洞口的位置需设置在轴和梁中附近，上下弦杆要加设纵向钢筋和抗剪箍筋，此外还要保证大梁的配筋率、接头位置合适、混凝土强度等级合适，确保转换梁满足承载力的设计要求。

（二）设计转换层上部框架

对于转换层上部框架设计而言，应遵循强柱弱粱的原则，设计过程中，设计人员应确保在粱的端末位置存在塑性铰，其目的在于提升柱梁的安全性。根据相关梁式转换层的研究实验表明，梁式转换层与柱的相连位置通常是极为贫弱的点，较容易产生安全事故，而梁式转换层的受力还存在一定的复杂性，应力相对较为集中，对此，设计人员在具体的设计过程中，应充分考虑框架的受力情况，再给予科学合理的设计。例如，设计转换层上部框架时，设计人员为了确保设计质量，应充分计算相关应力。另外，对于与框架连接的纵向钢筋的配筋，设计人员也应给予合理设计，提高柱体的稳定性，确保上部框架的安全、可靠。具体而言，在抗震等级为1 级的情况下，配筋分配的概率应大于等于1%；抗震等级为2 级情况下，配筋的分配率应该为大于等于0.8%；抗震等级为3 级时，配筋率应为大于等于0.7%；抗震等级为4级时，配筋率应为大于等于0.6%，钢筋间距应在80～200mm 之间。

（三）设计转换楼板

以转换层为界限，框支剪力墙在下部与上部具有差异化的内力分布特点。在上部楼层系统中，形成的外荷载主要结合等效刚度按照具体的比例进行分配；在下半楼层中，落地型剪力墙与框支柱具有不同的刚度，落地剪力墙集中承受水平剪力，分配荷载时形成突变。设计转换层楼板时要考虑到楼板在平面范围内变形幅度大，受力也比较多，因此要使其形成充足的刚度，厚度需超过180mm，采取双向双层配置钢筋的方式，每个方向每个楼层的配筋率都应高于0.25%，以此达到刚度设计要求。

结束语

梁式转换层在建筑中应用得越来越多，但是其中结构设计部分的工作是比较复杂的，设计者需结合设计要求实施设计，本文全方位地分析了梁式转换层的重点设计事项，同时分析各个部分的具体设计问题，设计者需加深对梁式转换层系统的认识，控制关键环节，对梁式转换层以及多功能型建筑的整体安全性加以保障。