论高层建筑梁式转换层的结构设计

胡林

广州新城建筑设计院有限公司 广东广州 510000

摘要：在我国城市化建设进程不断加快的背景下，大量人口涌入城市发展，虽然在很大程度上促进城市经济发展速度提高，但是同时也导致城市建设用地紧张问题出现。高层建筑能够提高单位土地面积内容纳居住人口数量，但是高层建筑施工难度更高，其中梁式转换层设计是一项关键内容，能够直接影响高层建筑整体质量，所以必须采用科学的方法对其进行设计。因此，为了满足城市发展对于高层建筑的要求，本文将对高层建筑梁式转换层的结构设计方面进行深入研究与分析，并提出一些合理的意见和措施，旨在进一步提高设计技术水平。

关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计；关键要点；优化措施

在当前城市建设过程中，高层建筑已经成为主要建筑方式，能够更好地满足城市发展建设需要，但是因为高层建筑结构较为复杂，需要考虑到更多的影响因素，在外观、结构以及施工技术方面有着更高的要求。部分高层建筑采用上部楼层为住宅、下部楼层为商业办公场所的模式，所以上部与下部在结构方面有着较大差异，为了转换不同楼层的差异化功能，需要设置相应的转换层，才能够保证高层建筑整体质量。

1高层建筑梁式转换层结构概述

高层建筑具有容纳更多居住者、功能更加丰富等多项优势。当前大部分位于商业区的高层建筑，其下部楼层（1—5层）一般为大型商场、娱乐场所或办公区域，上部区域设计为民用住宅，从而构建为具有多功能、多分区的模式。在这种建筑结构模式下，下部楼层多为大型柱体、少墙体且相对稀疏的结构模式，上部楼层的结构更加密集，所以上部楼层和下部楼层之间存在加大差异，如果不做好处理，会导致高层建筑结构受力不够均匀，从而影响建筑稳定性和安全性。因此，为了提高高层建筑结构稳定性和安全性，这种结构的高层建筑一般会设置转换层结构，主要包括箱式转换层、梁式转换层、厚板转换层等，其中使用较多的为梁式转换层结构，梁式转换层能够有效提高高层建筑空间规划合理性，使其上部楼层和下部楼层的受力更加均匀稳定，进而能够保障高层建筑安全性^[1]。

梁式转换层结构主要利用下方的转换大梁，并将上方剪力墙安装在支梁上，由框支柱对框支梁起到支撑作用，从而能够构成墙→梁→的传力结构体系，使高层建筑上部楼层和下部楼层的荷载力传递更加均匀。梁式转换层具有施工简单、传力明确、易于计算等特征，所以在高层建筑中具有广泛应用。需要注意的是，如果高层建筑的上下轴布线较为复杂，传力不够明确，则需要采用转换次梁结构，从而提高梁式转换层应用实效性。

2高层建筑梁式转换层设计分析

现阶段，在高层建筑中应用的梁式转换层设计主要按照三维设计、有限元以及协同工作三个基本原理开展。三维设计原理是梁式转换层设计必须依据的首要原理，一般利用CAD绘制结构三维模型，并采用多种力学模型对其进行计算，例如采用空间杆和墙板元模型软件对其进行分析，能够准确计算出梁式转换层各个点位的受力情况，这种方式能够保证梁式转换层结构设计更加精确，使设计人员更加明确梁式转换层的受力特点和关键特征，从而能够提高梁式转换层设计科学性，使其各个部分的受力和传力更加合理，避免出现设计漏洞问题。有限元是在三维设计完成后，对梁式转换层整体结构进行补充分析的一种方式，主要应用在梁式转换层的局部受力分析计算和补充方面，例如当拖柱转换结构的抽柱结构中，就可以利用有限元分析原理对其进行计算，从而使得抽柱的受力更加优化，该原理在具体的设计流程应用中，需要确保上部楼层高于下部楼层，才能够符合建筑结构的荷载传递要求。协同工作原理是指利用来自不同方向的统一荷载力，使荷载力作用在梁式转换层中更加均匀，从而提高梁式转换层稳定性的一种方式，将三维设计与有限元设计进行整合和协同处理，能够有效提升梁式转换层设计科学性，是保障高层建筑结构稳定性的重要方式^[2]。

3高层建筑梁式转换层设计的具体应用分析

由于高层建筑结构较为复杂，所以梁式转换层在设计时需要考虑到多方面的影响因素，才能够保证梁式转换层设计质量，需要考虑抗震等级、结构平面布局、竖向结构布置等因素，并且需要通过计算和分析才能够设计出合理的梁式转换层结构。

3.1抗震等级分析

根据国家和建筑部门对高层建筑所制定的相关文件中规定，建筑工程的抗震等级分为甲类、乙类、丙类和丁类四个级别。以H市开发区某高层建筑为例，该高层建筑共计23层，地上部分共计20层，地下两层为停车场和电力机房，1—5层为商场，6—23层为民用住宅，其中1层高度为5.2m，2—5层高度为4.3m，6层—23层高度为3.1m。在该建筑设计中，5层设置为结构转换层，下部楼层为框架与剪力墙混合结果，上部楼层为剪力墙结构，属于多种结构并存的高层建筑类型，梁式转换层属于高位转换范围，所以其抗震等级为2级，在剪力墙底部加强部位为3级的基础上提高1级，从而能够确保底部一致，并提高底部的抗震能力，框支柱和落地剪力墙的抗震等级需要提高1级，转换层和下部落地剪力墙结构需要提高到2级。因为梁式转换层以上为剪力墙结构，所以抗震等级需要设计为4级。

3.2结构平面布局设计分析

以上述H市高层建筑为例，该建筑6层级以上为纯剪力墙结构，所以在对其进行平面设计时，必须保证达到抗震等级要求，且东西方向必须保持对称，南北方向的刚度中心与质量中心偏差需要控制在1.5m之内，才能够保证结构偏心率，防止结构偏心率过大的问题出现。与此同时，高层建筑除核心筒之外的其他剪力墙结构，必须沿其周围进行分散且均匀地设计，使得剪力墙结构能够贯通到基础部分，能够有效提升高层建筑的抗扭能力。同时，需要保证高层建筑的第一自振周期与平东为主的周期比值为0.82，每个楼层的水平位移和层间位移比值不能超过1.3:1。通过对高层建筑结构平面布局的优化设计，能够有效提升梁式转换层结构质量^[3]。

3.3竖向结构设计分析

具有高位转换层的高层建筑内部结构较为复杂，为了保障建筑使用安全性，必须明确各结构的设计要点，必须满足国家要求的标准规定。例如，梁式转换层上部和下部等效侧向刚度的比值需要控制在1之内，最大不能超过1.25，且需要采用弱化下方、强化上方的基础原则。为了保证能够实现该结构设计目标，需要采用如下几项措施：（1）提高结构底部刚度，在除核心筒之外的剪力墙结构底部设置，保证更多的剪力墙能够落地，如果条件特殊可以在不增加的部分设置。（2）提高底部剪力墙厚度，并尽量减少在剪力墙底部开洞，防止剪力墙底部刚度降低，例如H市该高层建筑的核心筒区域厚度为0.45m，其他区域厚度为0.4m，能够提高梁式转换层质量。（3）采用减少梁式转换层上部剪力墙数量的方式，能够降低上部楼层刚度和重量，从而使得梁式转换层承载的压力更低。（4）采用高等级混凝土提高柱体、墙体强度，例如可以采用C50混凝土，从而能够达到强化底部承载能力的目标。

高层建筑的梁式转换层设计是一项极为复杂且具有长期性的工作，对于结构受力、传力、荷载等具有明确的要求，所以必须保证梁式转换层各个环节设计严谨性和科学性，同时考虑到梁式转换层的嵌固端设置、受力分析以及超高等重点、难点问题，采用科学的计算方法，才能够保证高层建筑梁式转换层结构整体布局合理，为高层建筑的具体运行提高帮助。

3.4梁式转换层计算

将梁式转换层应用在高层建筑中，设计人员必须对梁式转换层的受力情况进行准确计算，可以采用三维设计原理和有限元原理，明确梁式转换层的整体以及各个局部的具体受力情况，从而防止局部受力过大或整体受力不够均匀的问题。在计算过程中，必须保证梁式转换层受力计算结果与相关要求一致，同时需要对楼板的平面刚度是否会产生影响进行判断。梁式转换层的受力计算是一项复杂的工作，因为梁式转换层结构上部存在较多支柱，如果没有将其有效连接，则会导致计算记过与梁式转换层的实际受力情况相差过大，从而导致高层建筑结构安全性无法得到保障。梁体作为空间分析中的基础单元，在设计过程中，可以将转换梁设置在上层剪力墙与下层支柱结构之间的位置，从而使得剪力墙能够与梁体紧密相连，不能只借助上层剪力墙和下层主体的拐弯区域，而是需要结合下层主体、中间梁体以及上层剪力墙，使其受力更加集中，能够有效避免结构产生扭转等问题。

3.5转换梁设计分析

在对高层建筑的转换梁进行设计时，需要考虑到以下几项内容：（1）保证转换层楼板能够将上一层的作用力传递到下层的抗剪结构中，转换层楼板不仅需要承载水平负荷，同时需要承载部分竖向符合，所以必须保证转换梁楼板的竖向刚度与水平刚度符合设计要求。（2）梁式转换层在高层建筑解雇中具有承载上层水平荷载到下层的作用，所以其整体承受荷载较大，对于抗震能力要求较高，因此需要明确梁式转换层具体承受荷载数值，从而提高梁式转换层的抗震等级，防止梁式转换层承载能力不足，进而能够提高高层建筑结构安全性。

结束语

综上所述，本文全面阐述梁式转换层结构基本概念和特征，并对高层建筑的梁式转换层设计进行深入分析，最后提出梁式转换层设计方法的具体应用，希望能够对我国建筑工程设计行业起到一定的借鉴和帮助作用，不断提高高层建筑结构设计质量。

参考文献

[1]张敏. 高层建筑梁式转换层结构设计研究[J]. 江西建材, 2019, 000(007):110-111.

[2]吕景伟. 有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究[J]. 建筑·建材·装饰, 2019, 000(010):175-175,160.

[3]李聪. 对有梁式转换层的高层建筑结构设计的探究[J]. 建筑与装饰, 2020, 000(007):21-21,23.