梁式转换层结构优化与实践思考

刘传濠

广州方华国际设计集团有限公司 广东 广州510630

【内容摘要】为保证建筑结构布置与建筑功能相匹配，在进行建筑结构设计时，设计人员须在建筑物的结构转换楼层设置横向或竖向转换构件，以完成转换层结构设计，同时根据建筑物抗震等级要求、剪力墙结构布局等因素，转换层结构进行合理优化。现阶段梁式转换层结构在我国建筑结构设计中应用最为广泛，因此本文重点对梁式转换层进行结构优化分析，并对梁式转换层的设计实践进行相应思考。

【关键词】梁式转换层；结构设计；设计优化

通常情况下，当建筑物上下楼层竖直方向的建筑构件在结构布局上存在一定差异，或轴线偏差过大导致上下层建筑结构错位时，就须在楼层下部设置转换层，以维持建筑结构的稳定。由于梁式转换层结构设计简单，具有明确的受力特点，同时转换梁可随建筑结构方向自由布置时，若建筑物横竖向结构均须设计转换层时，可在该处布置双向转换梁，保证建筑物剪力墙结构体系的稳定。

1.梁式转换层的结构优化

若建筑物底部梁式转换层位置过高，可能导致转换层上下结构刚度突变程度加剧，致使剪力墙结构产生裂缝，进而导致梁式转换层内力增大，影响转换层结构的稳定性，降低建筑物的抗震性能。因此须对梁式转换层进行结构优化，合理调整其所受内力，加强梁式转换层的结构强度，选取安全可靠的转换构件进行结构设计，保证建筑物性能的稳定性。

1.1梁式转换层的内力调整

结合建筑物转换层抗震理论及相关分析结论可知，在进行建筑物梁式转换层结构优化时，可对框支柱、转换梁等转换层结构的内力设计进行合理调整，以增强建筑楼层的最小水平地震承载力，确保建筑结构遭遇地震时，楼层间的梁式转换层结构具有一定弹性，以降低地震给建筑物带来的影响。同时根据实际情况对梁式转换层纵向、横向上承受的内力进行合理调整，保证框架梁及剪力墙的强度符合设计需求，以保证建筑物梁式转换层结构具有双重抗侧力。对弹性阶段的设计内力进行相应调整，保证建筑物梁式转换层结构具有一定的抗震烈度，同时保证部分关键构件及普通竖向构件具有一定抗剪弹性和抗弯曲性，并且使得建筑梁式转换层的部分构件处于非弹性工作阶段，以降低施工设计成本，但是需要注意的是，非弹性梁式转换层构件应具备抗剪截面，且定期对梁式转换层的内力大小、抗震性能等关键信息进行检查，并修补梁式转换层存在的裂缝，确保建筑物结构的抗震性能不受影响。

1.2加强梁式转换层的结构强度

对转换梁错层区域的楼板强度进行适当提升，将楼板厚度增加至 18cm且进行双层双向配筋，保证配筋率不低于0.25%。在进行建筑物上下楼层梁式转换层的结构强度优化设计时，须保证增设的框支柱与框支梁的距离间隔不超过4m且要低于楼层高度。如果门窗洞口的宽度超过2.1m且未与剪力墙重合，应在洞口两侧设置框支梁。同时在外墙处的雨篷门洞两侧设置框支柱，使其与雨篷梁紧密连接，并保证框支柱高度与层高相同。如果建筑的电梯井道须采用梁式转换层结构强度优化设计时，应在井道四角设置足够数量的框支柱，以增强建筑结构的抗震能力，同时沿框架梁结构增设2道一级钢拉结筋，且贯通梁体。同时当建筑物填充墙前方一定区域内不存在关键建筑构件或垂直墙体时，应根据具体施工要求，在墙体前端增设框支柱。当填充墙长度大于5m或层高超过设计需求时，须在填充墙中部增设框支梁，且与框支柱的距离间隔不超过4m，需要注意的是，如果填充墙顶部端口不存在垂直墙体或其他构件，应保证框支柱与框支梁的距离间隔不超过3m，避免墙体应力过大，对建筑结合的抗震性能造成一定程度的影响【1】。

2.梁式转换层结构设计实践思考

2.1转换梁的设计

在进行转换梁结构设计时，应避免开洞操作，同时根据建筑结构设计要求，严格控制转换梁上下弦杆箍筋的剪力大小，并按相关抗震设计要求，将转换梁上下主筋的最小配筋率设置在0.3%-0.5%之间。在进行转换梁中主筋结构设计时，采用机械连接的方式对竖向钢筋之间的接头进行紧密连接，并保证接头连接面积不大于主筋截面积的50%，保证转换梁上层50%的主筋沿梁结构全长贯通，同时下部主筋须全部贯通入框支柱内部。并根据转换梁高度，对一定范围内的箍筋进行加密施工，保证加密箍筋的直径大于0.01m，间距小于0.1m，同时按照建筑物抗震等级要求，将加密箍筋的最小面积配箍率控制在0.5%-0.8%之间。

2.2框支柱的设计

在对建筑物梁式转换层进行内力调整优化后，须根据建筑物抗震等级要求，以1.25-1.5倍放大系数对框支柱的柱顶弯矩进行放大。同时根据框支柱数量对其进行剪力设计，保证框支柱剪力设计与柱顶弯矩相匹配，同时须严格保证框支柱轴力满足设计需求。根据建筑物抗震等级，对框支柱纵向钢筋配筋率进行设计，当建筑物抗震等级为一级时，保证纵向钢筋配筋率不低于1.2%，抗震等级为二级时配筋率不低于1.0%，同时保证框支梁纵向钢筋间距不低于0.08m，不超过0.2m，且为保证框支柱结构强度，降低设计施工成本，须保证框支柱纵向钢筋配筋率不超过４％，并沿框支层对框支柱箍筋进行加密设计。并将加密箍筋的体积配箍率控制在1.0%-1.5%以内。为保证框支柱结构设计的合理性，应选用复合螺旋箍或井字复合箍对框支柱进行箍筋设计，且箍筋直径须大于0.01m，且以框支柱纵向钢筋直径的6倍做为箍筋间距，且间距须大于10cm

【2】。

2.3框支梁的设计

在进行框支梁截面设计时，应结合梁式转换层结构所受剪力及所受压力的比值，将其截面宽度设计为墙体厚度的２倍且应大于0.4m,同时根据框支柱高度设计框支梁截面高度。由于框支梁为梁式转换层的主要受力结构，是建筑物剪力墙结构抗震抗剪性能的重要保障，受力复杂，因此在进行框架梁结构设计时，应准备多项设计方案，并在框支梁上设计安全减震结构，按照建筑物抗震等级要求，保证框支梁纵筋配筋率不小于0.8%。由于框支梁属于偏心受拉型建筑构件，梁结构中存在一定大小的轴力，为保证框支梁的稳定性，须在框支梁中部配置一定数量的腰筋，同时沿框支梁水平布置，腰筋间距不超过0.2m，且严格保证腰肢植入框支梁的支座内部。同时框支梁承受剪力大小远超其他梁式转换层结构，是建筑物的重要抗震抗剪结构，在其设计过程中，须遵照“强剪弱弯”设计原则，控制纵筋数量，并严格加强箍筋强度【3】。

2.4楼板的设计

建筑物上半部分的水平剪力主要通过梁式转换层的楼板结构转移到下半部分，因此易导致楼板受力不均衡而出现形变，为保证楼板结构的稳定性，应选用厚度超过0.2m的现浇钢筋板对楼板进行加厚设计，以对楼层结构所受剪力进行重分配，强化转换梁的侧向刚度和抗扭能力，增强楼板结构的抗震性能。在进行楼板结构设计时，须保证混凝土强度不小于C30，并采用双向双层配筋，且保证配筋率超过0.25％，同时在梁式转换层的混凝土结构设计过程中加入１％的钢纤维以提高混凝土结构的抗剪强度，加强楼板的抗压能力。在进行楼板开洞设计时，避免开洞过大，且应在洞口周围设计转换梁，并保证楼板开洞位置远离梁式转换层的外侧。若须在楼板结构区域设计电梯井，则应将转换层的钢筋砼墙设计为筒型结构，应降低楼板结构的受力面积。

3.总结

由于我国存在较多地震高发区，频繁的地震易对建筑物结构的稳定性造成较大影响，并严重威胁居民的人身安全，同时会阻碍地区经济的发展。因此为保证建筑物的抗压抗剪抗震性能，须充分结合建筑结构的刚度、地基强度等因素，进行建筑物梁式转换层设计，并对转换层结构进行合理优化，以调整转换层内力大小，增加转换层结构强度。

【参考文献】

【1】唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M]北京:中国建筑工业出版社，2002.

【2】熊进刚，吴晓莉，陈礼建等.有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究〔J]工业建筑，2001

【3】谢晓锋,高层建筑转换层结构型式的应用现状及问题〔J]广东土木与建筑，2004.