建筑结构设计中的梁式转换层结构设计分析

张鑫

上海建筑设计研究院有限公司 上海市 200000

摘要：我国建筑行业自改革开放发展至今，其建设技术已经取得了非常不错的成就。随着建筑行业的快速发展，以及城镇化进程的加快，越来越多高层建筑出现，但是高层建筑对技术要求很高，传统的建筑结构设计技术已经无法满足高层建筑功能的需要。为此，采用梁式转换层结构可以提升高层建筑功能转化效率，是一种专门应用于高层建筑工程结构设计中的形式。

关键词：建筑结构设计；梁式转换层结构设计

引言

随着我国整体经济建设的快速发展，我国建筑行业有了更大的发展空间。在建筑行业快速发展过程中，梁式转换层结构也称梁式框支剪力墙结构，利用框支柱支撑框支梁、由框支梁承托剪力墙，实现建筑结构和功能的转换。当前城市建筑的数量和层数正逐渐增加，因此对于梁式转换层结构应依据建筑物性质和用途进行设计，明确设计规范，优化主要构件，使其可以更好地发挥转换作用，广泛应用于城市建筑中。

1转换层的类型和特点

转换层可以根据建筑的功能分为以下几种结构：第一种，梁式转换层，该结构主要被用在底部大空间的框架剪力墙结构中，能够将上部剪力墙转换为下部框架结构，从而形成不落地的剪力墙。在需要横纵向同时转换时应采用双向梁布置，该结构的设计施工相对简单且传力结构明确，在实际建筑结构设计中得到了广泛的应用。第二种，箱式转换层，该结构主要被应用在转换梁截面较大的情况中，在转换梁的梁顶和梁底部同时设置一层楼板形成一个箱形梁，该结构可以全层转换布置，具有约束性强、刚度大、整体效果好、上下部结构均匀的优势，但是该结构需要开大量的设备洞，施工相对复杂且总体成本较大。第三种，厚板式转换层，该结构主要被应用在上下柱网错位较多且无法用梁体直接承托的情况下，板式转换层的厚度可以结合柱网的实际尺寸和上下部结构的荷载情况来确定，该结构具有下部柱网布置较为灵活、厚板刚度较大、整体性好、施工简便的优势，但由于厚板自身有较大的重力，地震作用大容易在地震时产生自我破坏，且对材料的用量较大，整体成本较多。

2建筑结构设计中的梁式转换层结构设计

2.1设计转换层上部框架

对于转换层上部框架设计而言，应遵循强柱弱粱的原则，设计过程中，设计人员应确保在粱的端末位置存在塑性铰，其目的在于提升柱梁的安全性。根据相关梁式转换层的研究实验表明，梁式转换层与柱的相连位置通常是极为贫弱的点，较容易产生安全事故，而梁式转换层的受力还存在一定的复杂性，应力相对较为集中，对此，设计人员在具体的设计过程中，应充分考虑框架的受力情况，再给予科学合理的设计。例如，设计转换层上部框架时，设计人员为了确保设计质量，应充分计算相关应力。另外，对于与框架连接的纵向钢筋的配筋，设计人员也应给予合理设计，提高柱体的稳定性，确保上部框架的安全、可靠。具体而言，在抗震等级为1级的情况下，配筋分配的概率应大于等于1%；抗震等级为2级情况下，配筋的分配率应该为大于等于0.8%；抗震等级为3级时，配筋率应为大于等于0.7%；抗震等级为4级时，配筋率应为大于等于0.6%，钢筋间距应在80-200mm之间。

2.2梁式转换层结构转换梁截面设计

设计者在对建筑转换层结构进行转换梁截面设计时，通常采用普通梁截面设计法、设计偏心受拉构件的截面方法、设计深梁截面的方法、设计应力截面的方法等四种方法，通过在设计中科学合理的综合利用三种方法，可以切实提高建筑中装换层结构的科学性，进而提高建筑安全性。设计者可以通过对建筑结构进行计算，进而有效提高建筑中梁构件的有效承载力。相关计算工作实际操作流程具有复杂性以及极高的难度，对技术人员要求比较高。相关计算操作主要通过正、外截面两方面相互作用实现，技术人员可以通过V计算斜截面受剪承载力。设计者在条件不足的情况下进行结构设计时，应综合多种计算方式进行，满足梁式转换层结构设计的基本跨度要求。设计者在对应力截面进行计算时应采用限元分析法进行，以确保相关计算的科学性。设计者可以通过上述方法进行计算，确保力的分配规律性得到保障，同时，该计算方式还可以确保各部分强度在施工未使用钢筋混凝土的情况下得到保证，确保建筑结构得到稳定的压力值与基础值。

2.3结构布置

在结构布置中，建议增加建筑下部刚度，保证墙体和柱网均集中在下侧。这种结构的布置形式满足建筑功能要求，在具体设计工作中可以结合建筑物的地形、结构、楼层数量进行布置。结构布置规范包含以下四方面：其一，当建筑底部空间层数大于1时，转换层的上部和下部结构的等效侧向刚度应尽量保持接近状态，使二者比值控制在1.3内。其二，针对结构十分复杂的高层建筑，水平位移和层间位移的比值应低于楼层平均值，并将楼层平均值控制在1.2-1.4倍。其三，具备转换层的建筑物受力十分复杂，因此需避免多级转换情况。比如，在核心筒和框架结构中，若不想打断核心筒，需要对剪力墙进行落地布置。其四，科学的梁式转换层结构布置可以全面准确地计算过程，尽量选择贴合建筑实际情况的力学模型，计算整体结构并完成受力分析，将“有限元法”作为局部转换层的计算方法。

2.4框支柱设计

轴压比和剪压比决定了框支柱的截面尺寸，为了使框支柱有更高的延性就必须控制轴压比。对于建筑工程的框支柱而言，其抗震等级是一级，所以轴压比的设置不能超过0.6。其次，柱截面的延性还和配箍率有很大的关系，所以框支柱的配箍率一般比普通框架柱的大，箍筋需要加密且不能低于1.5%。在建筑工程中，对于既做框支柱又冲淡剪力墙端柱的还要求约束边缘构件配箍特征值不可低于0.2。框支柱作为建筑工程梁式转换层结构中的重要构件之一，必须保证其质量和安全性，所以要求每一层承受建剪力的和应是基底剪力的30%左右。在计算时若楼板的刚度无限大，则需要对水平剪力进行竖向的构件刚度分配工作，该过程中要保障底部的剪力墙刚度大于框支柱的刚度，避免剪力下降等施工问题发生。在框支柱设计过程中，可以进一步强化转换层的上下连接，避免框支柱剪力过大导致的施工问题发生。施工企业可将框支柱的上部墙体范围中的纵筋伸入到上部墙体内，其他纵筋则应该水平锚入到转换层的梁板中。

2.5设计转换楼板

以转换层为界限，框支剪力墙在下部与上部具有差异化的内力分布特点。在上部楼层系统中，形成的外荷载主要结合等效刚度按照具体的比例进行分配；在下半楼层中，落地型剪力墙与框支柱具有不同的刚度，落地剪力墙集中承受水平剪力，分配荷载时形成突变。设计转换层楼板时要考虑到楼板在平面范围内变形幅度大，受力也比较多，因此要使其形成充足的刚度，厚度需超过180mm，采取双向双层配置钢筋的方式，每个方向每个楼层的配筋率都应高于0.25%，以此达到刚度设计要求。

结语

综上所述，在建筑工程结构设计中，对于带有转换层结构的高程建筑，在进行梁式转换层结构设计时会受到诸多因素的干扰而可能无法实现设计目标，所以为保证建筑结构设计和具体情况相符，应尽量遵循布置规则、均匀、对称的原则，尽量使横纵向布局和上下刚度靠拢，注意对特殊构件，如框支柱和框支梁的设计优化。

参考文献

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