高层建筑梁式转换层设计探讨

杨康

保定市建筑设计院有限公司河北保定071000

摘要：高层建筑转换层结构的设计对整栋楼层起着至关重要的环节，所以，控制好高层建筑转换层结构在设计时的注意事项，及时提出措施加以解决就显得尤为重要。本文结合笔者多年来在高层建筑转换层结构设计方面的研究和实践工作经验，对于高层建筑梁式转换层结构设计进行研究分析，希望对于该领域的研究具有一定借鉴作用。

关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计

随着我国城市化进程的不断加快，城市建筑用地日趋紧张，为满足人们对建筑物功能的需要，许多高层建筑逐渐向大型化、多功能化和现代化的趋势发展。目前，一些建筑物某楼层的上部与下部因平面使用功能及结构布置不同，往往需要在结构形式不同的上下部采用一定的结构形式进行转换处理，而这种起到转换处理作用的楼层就被称作转换层。转换层结构设计可以实现建筑从小开间的住宅到中等开间的写字间，再到大空间的商场的变化需要，能够较好地满足当前人们对建筑物使用功能的需要。转换层常用的结构形式包括梁式、空腹桁架式、斜杆桁架式、箱形和板式。本文着重分析了梁式转换层的设计工作，提出一些个人见解，希望对类似研究工作有所帮助。

一、梁式转换层的结构形式和受力特点

1.1转换层的概念

建筑物某楼层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构（设备）类型，并通过该楼层进行结构（设备）转换，则该楼层称为结构（设备）转换层。目前的高层建筑多为低层商用，上部住宿的多功能要求，在低层商用要求的大空间与上部住宿要求的多墙多柱的小空间之间，往往需要采用一定的结构形式进行转换处理，即加设转换层。

1.2梁式转换层的结构形式

梁式转换层可以从多个角度进行分类，例如，从转换梁使用的材料角度，有钢结构、混凝士结构以及预应力混凝土等；从上层墙开洞口的角度，有全跨、半跨，开洞口、无洞口，开门、窗洞口等；从梁的跨度角度，有单跨以及多跨；从梁的结构构造角度，有加腋以及不加腋等。实际过程中，可以依据转换梁的受力特点、工作形式以及应用方式等将转换梁划分为不同的结构形式。

1.3梁式转换层的受力特点

要进行梁式转换层结构的谩计计算，就必须首先弄清楚此类转换结构传力途径以及相应的转换梁的受力特点。一般梁式转换层结构的传力路径为：墙或者柱一转换梁一柱或者墙。这种传力形式直接简单，可靠度高，较易施工，而且经济合理，设计计算简便。

二、梁式转换层结构的设计遵循原则

带转换层高层建筑结构是一种：受力复杂、不利于抗震的结构体系，在结构总体设计时，特别是在抗震设防地区，应遵循的如下原则：

2.1传力直接，避免多次转换

布置转换层上下主体竖向结构时，要尽量使水平转换结构传力直接，通过结构的合理布置，使不落地的剪力墙通过转换托梁直接传给竖向承重构件，尽可能的避免转换次粱及水平多级转换，实现传力路径的最短化。

2.2强化下部、弱化上部

要保证底部：赶空间有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，要有意识的强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构的刚度，使得转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近，以避免出现薄弱层。

2.3计算全面准确

必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分，采用符合实际受力变形状态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算时，转换结构以上至少取2层结构进入局部计算模型，同时应计及转换层及所有楼层楼盖平面内刚度，计及实际结构三维空间盒子效应，采用比较符合实际边界条件的正确计算模型。

三、梁式转换层结构设计

3.1转换梁截面的设计

在计算转换梁截面面积的时候，采用的计算方式比较特殊，在充分考虑梁的受力能力之后，采用了正确的方式。一般建筑中转梁的截面的形式有托柱形式以及托墙形式两种，在设计拖住形式的梁截面时，主要考虑的是，截面的尺寸，这种形式的梁受力形式和能力与建筑中其他部位的梁相同。而设计的方法主要是看梁处的配筋。当承托转换梁主要是斜杆框架时，梁主要是受轴向拉力的影响，这时设计人员需要考虑的就是偏心受拉构件，这样也可以对截面进行优化。而托墙形式需要考虑的就是梁与墙体的作用，有些建筑还有深梁，因此设计的方法主要是深梁截面设计。

3.2框支柱的设计

有地震组合时，一级、二级框支柱承受的地震作用产生的轴力设计计算值分别乘以1.50，1.25的调整放大系数；框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用：框支柱的数目多于10根时，当框支层为1～2层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20%；当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整；而当框支柱的数目不多于10根时，当框支层为1～2层时，每层第根柱承受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%。

3.3框支梁的设计

框支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；高度大于计算跨度的1/6。工程框支梁梁宽统一定为800mm。框支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，二级抗震等级的框支梁纵筋配筋率大于0.4%。框支梁在满足计算要求下，配筋率大于0.8%。框支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。

3.4转换层楼板的设计

框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内力分布规律是不同的。在下部楼层由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变；而在上部楼层，外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配。转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务；由于转换层楼板自身平面内受力很大，而变形也很大，所以转换层楼板必须有足够的刚度作保证。

四、转换层中构件的设计

4.1转换层结构中转换柱的设计

对转换柱进行设计的过程中，要控制转换柱的轴压比，这样做的目的是让结构具有非常好的延性。这一点主要是从抗震层面进行考虑的，如果说这个高层建筑是在一级抗震的要求之下进行建设的，那么，轴压比就应该控制在0.6，如果说这个建筑是在二级抗震要求下进行建设的，那么，轴压比就应该将控制在0.7。

4.2转换层结构中对楼板的设计

在具体的设计中要增加楼板的厚度，这样做更加有利于剪力的重新分配。同时，转换层中的楼板不要有过大的开洞，而且要保证在洞口边设置暗梁，开洞的位置最好能够远离外侧边，如果有电梯的设计的话，要在电梯间用混凝土围成筒体。

4.3转换层结构中对转换梁的设计

在转换梁的设计中，要充分的考虑到转换层的受力情况，在对转换梁进行设计的时候要设计充分的储备，尽量使转换梁的手里程度减少，转换梁的两端在竖向荷载的作用下是最容易受到破坏的，所以在设计中我们要不断使构造得到不断的增强。

五、结语

梁式转换层能够使高层建筑在转换层上下的墙、柱轴线摆脱了构造上的限制，同时改善整体结构的受力情况，使整体布局更为合理，因而适用于结构复杂的高层建筑。实际工程中转换层的几何形状和受力情况是很复杂的，因此，结构的设计问题就显得十分重要，作为工程结构设计人员，要根据工程的实际情况，进行严格的设计，保证工程的质量与安全。

参考文献：

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[2]凌柳青.关于高层建筑梁式转换层结构设计的探讨[J].环球市场，2016（4）：168-168.

[3]李旭.高层建筑梁式转换层结构设计研究[J].住宅与房地产，2016（27）.