高层建筑梁式转换层结构设计分析

韦展艺

柳州市建筑设计科学研究院有限公司 广西柳州 545001

摘要：高层建筑在当前持续建设完善的城市中发挥着重要的作用，既提供了大量的室内空间，同时也成为城市景观的一部分。在转换层系统中，梁式转换层被应用的相对比较多。梁式转换层结构的应用不仅可以完全展现高层建筑设计的灵活性，同时也让高层建筑的施工变得更加便捷，这对于提升高层建筑性能和节约施工成本都十分有利。本文中，就高层建筑中梁式转换层结构的设计展开分析，希望可以对梁式转换层结构的合理应用和高层建筑的良好发展有所帮助。

关键词：高层建筑；梁式转换层结构；设计

引言

在高层建筑的建设过程中，建筑上部结构受力部件的密度会随楼层高度而下降，因此建筑结构整体容易出现上疏下密的情况，致使高层建筑上下结构受力不均和应力过度集中。目前梁式转换层结构在高层建筑中的应用较多，它可以极大地改善建筑结构的抗震和抗压性，提升高层建筑整体施工质量，维护建筑物的安全和稳定性，同时又能使建筑物线条清晰，是当前建筑行业众多企业和技术人员研究的重点。本文对高层建筑结构设计中的梁式转换层结构设计进行重点研究。

1高层建筑梁式转换层设计原则

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景。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连续性，保证混凝土转换层始终保持上下竖直的结构，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。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，因为间接传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。

2工程案例分析

2.1 工程基本概况

本工程位于某带大底盘地下室住宅项目中的一栋塔楼, 地下1 层为大底盘停车库, 地上19 层, 建筑总高57.000m, 建筑总长31.08m, 最大宽度22.4m, 地上1层为商业, 层高4.5m, 2 层及以上为住宅, 层高2.8m。因首层商业使用功能的要求, 上部住宅的部分剪力墙不能落地, 需采用部分框支剪力墙结构, 二层为框支转换层。本工程抗震设防类别为丙类, 建筑结构安全等级为二级, 抗震设防烈度7 度, 设计基本地震加速度0.15g, 设计地震分组第2 组, 结构的阻尼比为0.05, 场地土类别Ⅱ类, 地面粗糙度为B类, 50 年一遇基本风压为0.8k N/m2, 100 年一遇基本风压为0.95k N/m2。根据《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》, 框支层框架抗震等级为二级, 加强部位剪力墙抗震等级为二级, 一般部位剪力墙抗震等级为三级。

2.2转换粱截面设计

该建筑的施工设计环节中，其梁式转换层转换粱是设计要点，需要设计人员确保转换粱的设计质量。具体设计过程中，粱截面是重点，需要设计人员加强研究，以能够真正确保梁式转换层的稳定。一般情况下，梁式转换层主要包括托柱形式、托墙形式两种。当转换粱为托柱粱，且转换粱是对上部普通框架进行承托时，给予常规截面面积设计即可，但转换粱与普通粱的受力应具有一致性；转换梁的设计过程中，如果转换粱是对上部斜杆框架进行承托，此转换粱则会受到轴向拉力的影响，因此，转换粱截面应根据偏心受拉构件进行计算设计；若果转换梁是对上部墙体进行承托，并且具有满跨不开洞的特点时，上部墙体与转换粱是共同受力关系，为了确保转换粱的安全可靠，设计人员可以采取应力截面设计、深粱截面设计的方法。

2.3竖向结构设计

合理设置竖向结构可优化转换层结构设计，防止刚体结构形变，保证建筑结构的抗震性，促使转换层结构效用更好地发挥，为有效掌握建筑结构层体布置，并使竖向结构合理分配，考虑到当前建筑的主体结构多为框剪形式，在进行梁式转换层结构设计时，需要与建筑结构设计人员协商剪力墙的设计情况，合理增加剪力墙和落地剪力墙，适当增加剪力墙厚度，一般情况下下层剪力墙厚度可增加到600mm，并且为了保证剪力墙的稳定性，其自身和周围不应开洞，确有必要时应尽量减小洞口尺寸，且必须经过受力验算，确定合适的洞口位置和尺寸，减少转换层结构的刚度变化，在剪力墙的作用下保障整个的建筑结构竖向布置不会受到影响，为建筑物的转换层结构的稳定性提供保障。

2.4转换层的分析和计算

在建筑梁式转换层的设计过程中,要想有效提升局部受力情况的补充计算效果,提升局部受力分析的科学性和有效性,就应该做好转换层的分析和计算。在具体的分析与计算过程中,可以应用平面有限元分析法对数据之间的影响进行分析和研究。在此过程中,设计人员应该对平面内的刚度影响因素做到科学控制,根据楼面的需求和内部的实际情况来进行计算。同时,在进行转换层的分析与计算过程中,设计人员还应该构建一个楼层平面刚度的三维空间模型,通过模型数据来控制转换层的结构。因为框架支撑剪力墙的计算十分复杂,一旦连接不到位,在计算过程中就很容易出现误差,进而影响整体的分析结果,基于这一情况,在建立空间分析的过程中,设计人员应该以梁柱和剪力墙作为基础,建立起底部框架支撑剪力墙的分析过程,并建立相应的研究模型,以确保计算结果的准确性。以下是通过SATWE软件和ETABS软件对某高层建筑梁式转换层的计算结果如表1。

表1某高层建筑梁式转换层的计算结果

有限元单元长度划分计算结果		M1	M2	M3	N1	N2
SATWE	1000mm	-105.8	-343.4	-236.5	-236.5	-323.3
	400mm	-294.8	-355	-159.9	-513.1	-332.7
ETABS	1000mm	-138.3	-258.3	-238.9	-484.1	-298.8
	400mm	-219.2	-200.4	-252	-318.7	-285.1

2.5抗震设计

在该高层建筑工程中梁式转换层的应用，会对建筑高度方向的均匀性和刚度产生一定的影响，如果转换层结构竖直方向的构件不连续，或者是出现柱截面和墙截面突变的情况，就会降低其竖直方向的承载力，同时，整体结构的传力路线也会发生曲折，降低整体结构的抗震性能。因此，在对梁式转换层结构进行设计的过程中，对三层和三层以上的梁式转换层的设计，设计人员应该根据相关的规定，提升框支柱和剪力墙底部加强位置的抗震等级，在抗震等级达到了最高级别的时候，设计人员需要通过提升构件抗震性的方法来提升整体结构的抗震效果。对于底部的转换层框架、密柱式外围的筒中筒结构以及核心筒结构，在设计的过程中并不需要提升抗震等级。但是在进行八度抗震设计的过程中，设计人员应该充分分析竖向的地震作用对整体结构的影响，进而让整体结构设计达到良好的抗震效果。

某建筑的总高度是91.5m，其中1层和2层是裙楼，1层的高度是6.0m，用于架空层与管理用房；2层的高度是4.5m，用于商业开发铺面；3层到29层都属于标准层，高度是3.0m，均是住宅。地下部分为设备用房与地下车库，每一层的高度都是3.5m。其抗震参数如表2。

表2某建筑抗震参数设计

层数	框支柱抗震等级	框架柱抗震等级	框架梁抗震等级
地下2层	2级	3级	2级
地下1-地上1层	1级	1级	2级
地上2-地上29层	2级	2级	2级

2.6大梁设计

在梁式转换层中，转换层的楼板可以将上一层结构中所产生的水平剪力向下一层的抗剪结构中进行传递，转换层不仅需要承受水平面内很大的剪力，也要承担一些竖直方向的力，因此，要想保障转换层的承受能力，转换层就应该具备足够的强度和刚度。在转换层的应用过程中，最重要的承重部分就是转换层的大梁，它不仅需要承托起上部剪力墙施加水平方向的力，也需要承托起剪力墙或柱施加的竖直方向的力，大梁自身有着很大的受力负荷，这对于整体结构的抗震效果也有着关键性作用。因此，在对转换层进行设计的过程中，设计人员应该注重对大梁的设计。

2.7楼板设计

在该建筑的转换层中，楼板可以对上层和下层的剪力进行传递，在楼板的设计中，设计人员应该根据剪应力对其强度和刚度进行设计，这样才可以有效避免楼板在剪应力作用下出现变形、开裂等的情况。根据相关规定，建筑转换层的楼板最小截面要大于180mm，在板面和板底之间进行双向配筋，用钢筋在楼板周边或者是墙体上进行固定。在设计的过程中，楼板不要出现错层，落地剪力墙和筒体的部位不可以开洞，保障楼板的整体性。如必须在楼板上开洞，则可以在楼板的边缘处开洞，或者是在洞口的周边设置边梁，以此来提升楼板刚度。边梁厚度应该为楼板厚度的两倍，并采用机械焊接的方式将钢筋接头焊接起来。提升梁式转换层楼板的强度和刚度，增加其承重能力，提高整个建筑的稳定性。

3结束语

总之，随着建筑行业的不断发展，建筑施工技术得到了不断创新，对于梁式转换层的应用也逐渐有了更高的要求。在高层建筑中，一定要加强对梁式结构转换层结构设计的研究，全面优化转换结构，协调好梁和梁之间的位置以及承受的压力，注重转换层结构下部结构的承受能力，加强对楼板、抗震方面的设计，使转换层结构的设计更为科学合理，进而有效发挥其在建筑结构中的应用优势。

参考文献

[1] 陈仕广.高层建筑梁式转换层结构设计的要点分析[J].房地产导刊，2019(27)

[2] 崔晨光.高层建筑中的转换层结构设计要点研究[J].建材与装饰，2020(06)

[3] 杨一洋.探究梁式转换层结构设计在高层建筑工程中的应用[J].建材与装饰， 2019(11).

[4] 毛维帅.高层建筑梁式转换层结构设计分析[J].住宅与房地产，2020(04)

[5] 郭兆伟.高层建筑梁式转换层结构设计原理与应用解析[J].住宅与房地产， 2018(12)

[6] 张得果.探讨建筑结构设计中的梁式转换层结构设计[J].智能城市，2018(04)

[7] 皮鹏程.高层建筑结构设计中的梁式转换层结构设计探讨[J].住宅与房地产， 2020(08)

[8] 何荣辉.高层建筑梁式转换层结构设计的实际工程的应用探讨[J].建材与装饰， 2019(05)