对高层建筑梁式转换层结构设计的研究.doc

1、对高层建筑梁式转换层结构设计的研究摘要：随着我国经济的持续快速发展，人们对高层建筑的功能要求趋向于多样化、综合化和全面化。从建筑功能上看，高层建筑上部需要较多的墙体来分隔空间以满足住宅户型的需要；而下部则希望有较大的自由灵活空间，大柱网、少墙体，以满足公共使用的要求。 关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计 在高层建筑设计中，为满足建筑使用功能需要，底部数层常设置为大空间，而上部标准层多为小开间，致使上层的部分竖向承重结构不能直接落地，需要进行结构转换。转换构件包括：梁、桁架、空腹桁架、箱型结构、斜撑、厚板等。结构转换层常见的有梁式转换和板式转换两种类型。梁式转换结构，受力比较直接明确，是目前

2、得到广泛应用的转换结构形式。板式转换结构，受力、传力途径比较复杂，不够明确；一般只有在上下部结构明显不协调，无法采用梁式转换结构时才采用。 一、转换层概述 按结构功能，转换层可分为三类： 1、上层和下层结构类型转换。多用于剪力墙结构和框架-剪力墙结构，它将上部剪力墙转换为下部的框架，以创造一个较大的内部自由空间。 2、上、下层的柱网、轴线改变。转换层上、下的结构形式没有改变，但是通过转换层使下层柱的柱距扩大，形成大柱网，并常用于外框筒的下层，形成较大的入口。 3、同时转换结构形式和结构轴线布置。即上部楼层剪力墙结构通过转换层改变为框架的同时，柱网轴线与上部楼层的轴线错开，形成上下结构不对齐的布

3、置。 二、高层建筑梁式转换层结构的设计 （一）转换梁的截面设计方法 转换梁截面设计方法的选择与其受力性能和转换层的形式相关。托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面设计方法进行配筋计算。当转换粱承托上部斜杆框架时，转换梁将承受轴向拉力，此时应按偏心受拉构件进行截面设计。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。 （二）转换层结构的构件

4、设计 转换层结构不仅竖向刚度易在转换层附近发生突变，还应关注的是竖向抗侧力构件不连续，使结构的传力（包括竖向及水平力）途径在转换层及其附近发生突变，在强震作用下，易产生薄弱部位。因此在抗震设计中，除了控制转换层上下刚度比外，还应采用措施，加强转换层及附近层结构构件包括转换柱、转换梁、落地墙、转换层上下各两层楼板等构件，以保证水平剪力的有效传递和结构底层在强震下有足够的延性。（三）转换层分析计算 整体计算完毕后对转换层本身应采用平面有限元计算软件做局部应力的补充计算。进行局部分析时，应考虑转换结构上下楼层是否进入局部计算模型，以及楼层楼盖平面内刚度影响，注意实际结构的三维空间盒子效应，采用符合实

5、际情况的正确计算模型。框支剪力墙的计算较为复杂，上部剪力墙需与下面多根柱相连接，如果连接不当会产生很大的计算误差。空间分析程序是以梁柱为基本单元，而分析底部框支剪力墙时，剪力墙作为柱单元考虑。计算时宜在上部剪力墙肢与下部转换柱之间均设转换梁，墙肢与转换梁相连接。 （四）转换大梁的设计 梁式转换层的设计构造要求：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。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

6、关重要。 （五）框支梁的设计 转换梁 截面尺寸一般由剪压比控制，宽度要大于其上墙厚的 2 倍，且大于400mm；转换梁的高度不小于计算跨度的 1/8。工程转换梁宽统一定为800mm。转换梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储备，二级抗震等级的转换梁纵筋配筋率大于 0.4%。转换梁在满足计算要求下，配筋率大于 0.8%。转换梁一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，因而应配置足够数量的腰筋。2 离柱边 1.5 倍梁截面高度范围内的梁箍筋应加密，加密区箍筋直径不应小于 10mm，间距不应大

7、于 100mm。加密区箍筋的最小面积配筋率，非抗震设计时不应小于 0.9ft/fyv；抗震设计时，特一、一、二级分别不应小于 1.3 ft/fyv、1.2 ft/fyv 和 1.1 ft/fyv。 （六）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，己经为特一级时不再提高” ，提高相关构

8、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。 （七）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

9、算，纵向钢筋可按普通梁集中布置在转换梁的底部。 （八）楼板 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。若必须在大空间部分设置楼、电梯间

10、时，应用钢筋混凝土墙围成筒体。 三、结语 综上所述，根据建筑平面及功能要求合理选择转换层形式，正确选择建筑抗震类别是转换层设计的关键点，结合结构布置，正确选择各分部的抗震等级，构件设计应注重抗震延性设计的概念，对主要构件进行加强是设计的重点，在带有梁式转换层的高层建筑设计中，转换层设计是结构设计的一个难点，更是不同形式结构体系转换的关键点，设计时应不断研究和进行方案比较，在可能的情况下做出较优的技术方案才能实现安全、适用、经济等综合目标。 参考文献： 1 黄志珍.高层建筑梁式转换层结构设计探讨J.广东建材. 2007（08） 2 黄志勇.论某高层建筑梁式转换层结构设计J.广东科技. 2009（06） 3 彭昕.梁式转换层结构设计分析J.民营科技. 2011（01）