1、浅析梁式转换层的高层建筑结构设计摘要：转换层设计是结构设计的一个难点，要不断通过梁式转换层的设计思路和构造要求的深入了解，选择合理的结构布置方式和构造设计方法是关键。结构布置的合理与否直接影响建筑的质量与使用性能，同时也与建筑的经济性密切相关。本文作者结合多年来的工作经验，对有梁式转换层的高层建筑结构设计进行了研究，具有一定的指导意义。 关键词：高层建筑；梁式转换层；结构；设计 中图分类号：TU97 文献标识码：A 引言 在高层建筑的建设中，梁式转换层结构由于具有传力直接、施工便捷及清楚等优点，成为了一种实现垂直转换的结构形式，并被广泛应用于高层建筑。 1.梁式转换层结构形式的相关分析 高层建
2、筑结构上部受力要小于下部受力，如果按照一般的思维，在设计中则应考虑下部刚度比上部结构大，即给下部增加墙体、柱网，减少上部墙柱的密度，然而这在现实的高层建筑中是不可能的，即当前高层建筑对下部的使用空间要求比上部大，且越往高层越小，这就需要在高层建筑结构设计中采用反常规设计法。 高层建筑混凝土结构技术规程中对转换梁最小高度及宽度作了规定：框支梁截面宽度应其相应方向的截面宽度，其上墙体截面厚度的两倍，一般不可40cm；如果梁上托柱，则不应梁宽方向的柱截面宽度；非抗震设计时，转换梁的高度要跨度的 1/8，抗震设计时，其高度则应跨度的 1/61。因此，为了确保转换梁结构的可靠性，必须严格按照规定进行设计
3、。 2.梁式转换层的设计原则 2.1 竖向布置原则 布置转换层结构时，可结合建筑功能及结构传力的情况，沿着高层建筑某一高度方向布置，或者灵活布置多处；还可以结合建筑功能需求，在楼层局部进行转换层的布置，且该空间不但能作为一个正常使用的楼层，还可以作为技术设备层，值得注意的是，该转换层的刚度必须够强，避免沿竖向刚度过大。对于大底盘有大量塔楼的高层建筑，塔楼转换层应在裙房屋面层，且屋面梁、厚度及板尺寸均要增大，避免中间出现刚度过小的楼层，以提高抗震能力。对于框支剪力墙高层建筑结构，其转换层 7 度区以不超过第 5 层为宜，8 度区以不超过第 3 层为宜，如果转换层的位置与规定相悖，则应及时采取措施
4、处理。以免造成不可估量的损失2。 2.2 抗震设计原则 为了保证设计符合安全要求，规程中对一些框支剪力墙结构转换层的位置设置作了相关规定，即如果设置楼层大于 3 层时，其框支柱及剪力墙底部的加强部位的抗震等级，最好提高一级，以保证其抗震能力。同时，还要增大转换层的转换构件水平向地震作用的计算内力；如果进行 8 度抗震设计，还应将竖向地震作用的影响也列入考虑范围。 2.3 结构布置原则 经证实，底部的转换层位置如果过高，其上、下刚度突变则更大，而其上、下内力传递途径的突变则愈强；同时，若转换层位置过高，简体或落地剪力墙则较易产生受弯裂缝，增大框支柱的内力，使得转换层上部周边的墙体容易被破坏，因此
5、，转换层的位置不易设置过高，否则不利于抗震，且底部带转换层上部的某些竖向构件，不允许直接、连续地贯通落地，故设置安全、可靠的转换构件十分必要。在现阶段，转换层构件有转换大梁、箱形结构、斜撑等形式。在地震区很少使用转换厚板，但在 6 度抗震设计及非地震区则可使用转换厚板；对于空间较大的地下室，由于受到周围环境的限制，其地震反应要比地面以上的框支结构小，所以 7 度和 8 度抗震设计的地下室，允许使用转换厚板。 3.关于梁式转换层结构的设计、构造分析 剪力墙是由框支主梁承托次梁的，故其传力途径经过了多次转换，受力情况较为复杂，而框支主梁不仅要承受上部剪力墙的作用力，还要承受梁自身的剪力、弯矩及扭矩
6、，故极易受到破坏。对于那些有特殊抗震要求的建筑，为了提高结构的受力性能及抗震能力，可在进行其平面布置时使局部剪力墙落地，且与基础贯通，将其做成这样一种受力体系，即框支墙、剪力墙与落地剪力墙协同工作。 3.1 框支柱的设计要求与构造要求分析 确定框支柱截面的尺寸时，主要是根据其轴压比计算。地震作用下的框支柱内力调整要求：抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩应与放大系数相乘，且配筋时要根据放大后的弯矩设计值进行3；剪力调整：框支柱的数量10 时，且框支层为 1 至 2 层时，每层的每根柱要承受的剪力应是基底剪力的 2%；若框支层在 3 层以上时（含 3 层） ，每层的各根柱要承受的剪力应起码是基底剪力的
7、3%；如果款支柱的数量10 时，且框支层为 1 至 2 层时，各层各根柱的承受剪力之和应是基底剪力的 20%；如果框支层在 3 层以上时（含 3 层） ，各层各框支柱承受的剪力之和应是基底剪力的 30%；在调整了框支柱的剪力后，还要对框支柱的弯矩、柱梁端处的剪力也进行适当调整，框支柱轴力则不规定必须调整4。 3.2 转换梁的设计要求与构造要求分析 确定转换梁的截面尺寸时，主要是根据其剪压比计算，这样可以防止发生脆性破坏。通常转换梁不会开洞，如果需要开洞，洞口应处于梁中和轴的附近，且洞口的上、下弦杆要有加强，箍筋应较密实，以保证其抗剪能力。如果洞口的内力比较大，建议使用型钢构件进行加强；转换梁的
8、混凝土强度级别应C30；非抗震设计时，转换梁上、下主筋的最小配筋率为 0.3%，且转换梁中最好没有接头，转换梁的上部主筋则起码有 50%是沿梁全长贯通，下部主筋则均要贯通伸入柱内。 3.3 转换梁截面设计方法的相关分析 转换梁应力截面的设计方法：应用有限元的方法对转换梁进行分析后获取的结果，即为转换梁应力和它的分布规律。为了使所获取的应力及分布规律可以直接用于截面的配筋计算，如果不将混凝土的抗拉作用列入考虑范围，全部的拉力应有钢筋承担并要满足其屈服强度设计值的要求。受压范围的混凝土，其强度应达到轴心抗压强度的设计值。 3.3.1 托柱形式的转换梁截面设计方法分析 如果转换梁承托的是上部普通框架
9、，在其常用截面尺寸区域内，其受力情况与普通梁基本一样，此时可采用普通截面设计的方法来进行配筋运算；如果转换梁承托的是上部斜杆框架，则要承受轴向拉力，这时应采用偏心受拉构件的方法对截面进行设计。 3.3.2 托墙形式的转换梁截面设计方法分析 如果转换梁承托的上部墙体满跨不开洞，其与上部墙体协同工作，则其破坏形态与受力特征为深梁，则应选择应力截面设计或深梁截面设计的方法对转换梁截面进行设计，并要把计算得到的纵向钢筋沿着梁全高进行合理配置。同时，转换梁跨中很大一片区域内的内力相对较大，所以底部的纵向钢筋不可截断或弯起，而应全都伸入支座。如果转换梁的承托上部墙体是小墙肢，则可根据普通梁的截面设计方法来
10、开展配筋计算，纵向的钢筋则可布置在转换梁底部。 4.小结 随着建设事业的蓬勃发展，城市高层建筑也日益增多，人们对于高层建筑的功能要求也越来越高，即要求建筑使用功能全面化、综合化、多样化及体型复杂化。梁式转换层由于具有传力明确、清楚、直接及施工便捷等优点，故在高层建筑中得到广泛应用。此外，在进行梁式转换层结构的设计时，设计人员必须对概念设计给予足够的重视，应经过查阅数据、多次比较调整，甚至采用有限元分析，才能得出最合理的设计。【参考文献】 1曾秋宁.浅谈高层建筑梁式转换层结构的设计J.广西城镇建设.2010(07):50-52. 2覃文胜.高层建筑梁式转换层结构设计探讨J.中国高新技术企业.2010(28):145-146. 3余添朋.探析高层建筑梁式转换层结构设计J.中华民居(下旬刊).2012(11):52-53. 4黄志勇.论某高层建筑梁式转换层结构设计J.广东科技.2009(03):75-76. 5郑黄鹤.浅析高层建筑梁式转换层结构设计的要点J.中国建设信息.2010(02):74-75.
