高层建筑梁式转换层设计

严延庄

广东博意建筑设计院有限公司528311

【摘要】本文主要概述了转换层的相关优点，并分析了梁式转换层的设计原则，探讨了梁式转换层的设计要点。

【关键词】高层建筑；梁式转换层；刚度；荷载

二十世纪中期，国内的高层建筑发展发展很快，底部大空间结构的发展使得转换层结构朝着形式多样化、方法多样化、结构受力更有利的方向发展。转换层结构已成为现代高层建筑结构的发展趋势之一。结构转换层设计实现了建筑从小开间的住宅到中等开间的写字问，再到大空间的商场的变化成为可能。梁式转换层结构作为高层建筑中实现垂直转换的常用结构形式。

1转换层概述

当高层建筑底部带结构转换层时转换层上部的部分竖向构件是不能连续贯通。因此，需要设计出合理的转换构件。通常转换构件主要包括转换大梁、斜撑、箱形结构以及厚板等。厚板转换受地震影响大，使用时存在较大局限性；箱形转换的优点是转换梁的约束性强，刚度大，整体性好，缺点是施工复杂，造价高。目前一般采用梁式转换，即将上部剪力墙设于转换梁上，再由转换柱来支撑转换梁。其优点是传力方向明确，设计和施工简便，造价低。

2梁式转换层的设计原则

2.1尽量减少竖向构件

在进行高层建筑梁式转换层的结构设计时应该最大限度地控制好竖向构件数量。高层建筑竖向构件越多需要进行转换的竖向构件就会越多，转换层造成的刚度突变就越大对结构抗震就越不利。

2.2转换柱、剪力墙对称布置

在布置转换柱与剪力墙时应该采用对称布置的原则。转换梁上方的转换柱尽量布置在转换梁的跨中位置，这样当转换梁出现变形时，转换柱所受到的影响减为最小。否则转换柱在梁的带动下，会出现较大变形，其剪切和弯曲应力对转换柱可能造成损害。

2.3保证转换层的刚度

通常情况下，转换梁截面高度不宜小于计算跨度的1/8，以有效保证转换梁结构内力的合理分布而且也可保证梁上剪力墙柱与转换梁的受力性能。另外转换层楼板厚度适当加厚，混凝土强度适当提高，才能有效提高转换层的结构刚度。

2.4转换层位置避免过高

转换层的位置较高时，易使框支剪力墙结构在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变，并易形成薄弱层。如果必须将转换层设置在高位时，需要对转换层下部框支结构相同效率的刚度进行有效控制，尤其要控制好轴向变形、剪切、弯曲等结构构件的刚度，这种控制措施有利于降低层间内力发生突变。

2.5严格计算梁式转换层

转换层结构是高层建筑结构设计的重中之重，在对其实际受力变形状态模型进行计算时，应该采用三维空间整体结构分析方法。必要时可采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算，此时转换结构以上至少取两层结构进入局部计算模型，并注意模型边界条件符合实际工作状态。

3梁式转换层的设计要点

3.1转换梁的设计

由于上部荷载作用点或荷载作用线经常与转换梁截面中心线不重合，使得转换梁产生扭矩，而梁的抗扭承载力较低因此设计时不仅要通过计算来确定抗扭承载力是否能满足，还应在设计之初就尽量使两者重合，有条件的情况下可设置双向转换梁来平衡扭矩。

转换梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于其上墙厚的2倍，且不小于400mm；高度不小于计算跨度的1／8。

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，转换梁上、下部纵向钢筋的配筋率除满足计算要求外还应满足《高规》最小配筋率的要求。

转换梁受剪很大，在竖向荷载的作用下，转换梁的梁端最先受到破坏，而且对于这样的抗震重要部位，更应强调强剪弱弯的原则，在纵筋已有一定富余的情况下，梁端箍筋更应加强。转换梁在满足计算要求的前提下，梁端箍筋加密区的配箍高规》有明确规定。

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。腰筋直径不小于16mm，沿梁高间距不大于200mm，并且应可靠锚入支座内。

3.2结构竖向布置

高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变，然而带转换层的高层建筑结构显然有悖于此，对于一些“高位转换”来说，转换层上下等效侧向刚度最好接近于1，不应大于1.3，在设计过程中，应把握的原则归纳起来，就是要强化下部，弱化上部，可以采用的方法有以下几种：

（1）与建筑专业协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可在底部增设部分剪力墙（不伸上去），这是增大底部刚度最有效的方法，除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还与建筑专业协商后，让两侧各有一片剪力墙落地，并且南部还有一大片w形剪力墙也落至基础，这些无疑都大大增强了底部刚度。

（2）加大底部剪力墙厚度，转换层以下剪力墙中，核心筒部分的厚度取为400mm，其余部分的厚度取为350mm。

（3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。

（4）提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用C40混凝土。

（5）适当减少转换层上部剪力墙数目，控制剪力墙厚度，并可在某些较长剪力墙中部开结构洞（结构施工完毕后再用填充墙填实），以弱化上部刚度，弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利，还可减轻建筑物重量，减小框支梁承受的荷载；增大结构自振周期，减小地震作用力，工程综合采用上述几种方法后，转换层上下刚度比在X方向为0．809，在y方向为0．997。满足规范要求，效果良好。

虽然上下部刚度比满足要求，但毕竟工程仍属于竖向不规则结构，转换层及其下一层无法满足要求，形成了结构薄弱层．因而应将该两层的地震剪力乘以1.15的增大系数。

3.3转换柱的设计

（1]转换柱截面尺寸主要由轴压比控制并应满足剪压比要求。为保证转换柱具有足够延性对其轴压比应严格控制，对部分因截面尺寸较大而形成的短柱”，轴压比的控制应更加严格。柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而转换柱的配箍率也比一般框架柱大得多。（2）作为重要的竖向构件，为增加安全性，对转换柱端剪力及柱端弯矩均要乘以相应的增大系数。因为程序计算时，一般假定楼板刚度无限大，水平剪力按竖向构件的刚度分配而底部剪力墙刚度远大于转换柱，使得转换柱剪力非常小，然而考虑到实际工程中楼板的变形以及剪力墙出现裂缝后刚度的下降《转换柱剪力就会增加因而高规》对转换柱的剪力增大作了单独规定。

3.4转换楼板的设计

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。搂板厚度不应小于180mm，采用双排双向配筋，每一方向、每一排钢筋的配筋率均不应小于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粱或暗粱。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。

4结语

由于高层建筑梁式转换层的结构设计较为复杂，设计要求也较高。在进行设计时，应本着全面分析的原则，对各环节的控制要点进行有效控制，这是保证结构质量及设计效果的根本前提。

参考文献：

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[2]傅学怡．带转换层高层建筑设计建议[J]．建筑结构学报.1999，20（2）：28～42．

[3]章斌全．框支剪力墙转换层结构设计探索[J]．工程建设与设计.2003（2）：8～10．