高层建筑梁式转换层结构设计分析

高层建筑梁式转换层结构设计分析
摘要：梁式转换层结构是新时期建筑结构中十分常见的结构形式，传力路径
是从柱到梁再到墙，传力十分直接而且明确。

高层建筑这种结构的设计要遵循三
维立体设计原理，充分使用BIM技术来搭建起立体模型，让建筑的转换结构设计
更合理，保证建筑施工顺利完成。

文章立足高层建筑，从建筑的梁式转换层结构
设计展开分析，科学讨论结构设计，从结构设计要点出发阐述高层建筑梁式转换
层结构设计的实现。

关键词：高层建筑；结构设计；梁式转换层；施工；要点
新时期大部分建筑都是高层，这种建筑物功能呈现出综合性特征，需要设置
公共大厅的空间场所，这种建筑物结构下部构造相对稀疏，在施工的时候部分竖
向构件不落地，而是在空中是设置转换层，转换层结构形式有梁式、桁架、厚板等，而梁式是使用最常见的形式，实际运用有受力明确、施工方便等特征。

1.高层建筑的梁式转换层体系
梁式转换层结构是通过大截面梁来转换结构，在剪力墙结构中使用框架梁柱
抬墙形成框支剪力墙。

筒体结构经常是抬外部框架柱来营造下部的大空间体系。

转换层结构的设计理念是将上部墙柱传给转换梁，梁再转换给下部墙体。

根据结
构部件的不同，转换梁分为托墙梁、托柱梁。

托柱梁类似普通的框架梁，在上部
墙体的约束下形成整体，可发挥竖向拱的作用。

托墙梁类似T型截面梁的受拉翼缘，除了玩具之外还有轴拉力。

受拉区域较大，所以受力模式是偏心受拉。

虽然
转换梁的传力比较直接，但是抗侧力构件不连续，转换层上下部分的内力变化大
结构受力复杂，不利于建筑的抗震。

设计的时候需要对建筑结构的平立面进行合
理布置。

在结构的设计上，尽量遵循相关原则：第一，直接传力减少转换次数，设计中尽量通过合理布置将上部结构竖向力通过转换主梁传递到墙柱上，这种传
递方式很直接。

在设计上避免墙柱传给次梁后再传给主梁，多次转换的路径长，
对主梁的受力十分不利第二，上下楼层的侧向刚度比，在结构中下部侧向刚度比
较弱，如果上部刚度大，两者存在比较大的差距，结构会存在安全隐患[1]。

所以
需要合理设计，让上下部分的刚度相近，避免出现刚度突变的情况。

第三，避免
高位转换，这是因为转换层高度会影响到支剪力墙结构。

高位转换会导致结构内
部应力突变，导致结构的侧移变大，侧向刚度不能被满足，导致框支架和剪力墙
被破坏。

目前有关文件做出了相关规定，如果高层梁式转换层结构的竖向抗侧力
构件力不连续，叠加就会成为超限高层。

在建筑施工中必须进行严格的审查。

第四，地震倾覆力矩，部分结构中由于框支柱刚度比剪力墙刚度更弱，在地震作用
力下框支柱承担的水平剪力小，框支架多而落地剪力墙少不利于结构受力。

在设
计上要求剪力墙承担的地震倾覆力矩超过总的一半，才可以保证建筑结构的安全。

2.梁式转换层结构设计在高层建筑中的设计要点
2.1 抗震的设计
转换梁的抗震等级比较高，至少是二级抗震，所以托柱梁和框架柱要按照具
体的框架来执行。

框支框架的受力内容复杂，通过采取抗震措施来提高抗震等级，能够保证建筑构件的延性。

当前的文件明确规定如果转换层高度大于两层，剪力
墙与框支柱的抗震等级在设计上应该提高。

2.2 转换梁与柱的设计要点
转换梁是关键的构件，截面和刚度都比较大，有很强的地震反应能力，为保
证其受力性能来增强富余，可以考虑在水平地震的作用下放大转换梁受到的内应力，比如增加一级，系数应增大到1.6。

和普通框架梁相比转换梁的纵筋与箍筋
构造的要求更严格，纵向的最小配筋率比普通钢筋更高。

一级抗震的时候，最小
配筋率可达到0.5% 。

拖墙梁的上部由于存在受拉力的影响，要求纵向钢筋至少
有50%的贯通。

在托柱和墙体开洞的位置会出现应力集中的情况，为保证强度和
刚度，应该加密箍筋保证结构强度。

为保证转换柱的受力性能，需要进行轴力、剪力、弯矩的调整。

首先一、二
级转换柱在地震作用下，需要放大轴力，可按照一级增大1.5倍的形式设计。

其
次转换柱的最上端和嵌固端要合理调节截面的弯矩组合值，不能使用强柱弱梁的
原则，而是用柱端弯矩来乘以增大的系数，可按照乘以1.5的方式进行计算。

部
分框支剪力墙结构中进行弹性设计，所以被分配到的剪力比较小，而楼板并非完全具备刚性，剪力会通过楼板的变形传递力给柱子，会导致剪力墙出现裂缝，内力重新分布，框支柱剪力也会增加，所以框支柱承受的剪力也应进行放大。

将剪力进行调整后，再次调整弯矩。

由于转换梁的截面比较大，很容易形成“强柱弱梁”的情况，在设计的时候要强调梁柱的协调，而且对转换层梁与柱节点要进行抗震验算[2]。

2.3剪力墙的设计
转换层的设计会给结构稳定性带来不利影响，剪力墙底部加强的范围也应该增高，转换层以上至少两层都要进行加强。

部分框支剪力墙结构中的设计要重点关注底部剪力墙的加强，可通过增大弯矩设计值，尽量一级增大1.5倍，尽量强化剪力墙弱弯矩来进行调整。

2.4 楼板设计
部分框支剪力墙结构中转换层楼层也受到很大的剪力和弯矩，上部的剪力墙力会传递给楼板，需要楼板具备一定刚度，保证力的安全传递。

除了符合规定之外，转换层楼板的厚度应该达到180mm，双层双向拉通钢筋增加强度，设计上尽可能满足配筋率的要求。

3.高层建筑转换层结构设计要点
3.1 确定结构的横竖布局
梁式转换层结构设计在设计上要确定梁柱的横竖布局，搭建起框架体系保证转换层的受力均匀。

在设计上引进BIM技术，梁式转换层框架结构体系让建筑平面布置更灵活，可以获得比较大的空间，适合运用在商场和餐厅等场所。

如20层的建筑梁式转换层的横竖布置需要和剪力墙结合起来。

在设计上横向框架梁和纵向量之间的连接点很薄弱，框架梁受力比较复杂，所以在设计上需要充分考虑转换层的受力。

另外使用BIM技术进行模拟，分析高程建筑的受力情况，充分考虑转换层的使用情况，严格控制剪力墙和转换层之间的受力，让框架结构可以在建筑中发挥优势[3]。

3.2 科学布置转换层体系
高程建筑的梁式转换层结构设计需要从两个方面进行考虑，首先充分计算建
筑的整体结构，尤其是结构层，可使用有限元以及补充算法来进行，根据受力
点特征出发，横向框架梁和纵向联系梁紧密相连，转换层计算十分复杂，在计算
的时候需要剪力墙作为基础运算，具体的分析受力的面积以及受力的状态，明确
建筑结构的三维空间。

其次需要充分考虑梁式转换层结构中框支柱的数量，框支
柱是支撑框支梁的电柱子，是转换层设计中很重要的一部分。

如果是20层高层，框支柱荷载在10根左右，转换力层不同框支柱的荷载也不同。

如果是10根以下
的框支柱，那么各个支柱的荷载不能小于2.8% 的地基建立；10根以上，各个支
柱的载荷量不能低于3.5%。

3.3 验核抗震等级
建筑抗震等级的验核十分重要，高层建筑的梁式转换层结构设计中要根据抗
震类型、房屋高度、防震等级等进行合理的设计。

可依托计算机使用现代化的软件，将楼层作为数据参数输入到计算机中，自动识别梁式转换层结构设计的抗震
等级，保证高层建筑物的使用安全。

结语：
综上所述，新时期社会经济不断发展，高层建筑物设计更需要符合当代人民
生活的需要，使用者也更需要重视建筑的外观、使用的安全。

转换层是高层建筑
中十分重要的一环，对提高建筑安全性十分重要。

设计者需要明确各方，优化转
换层的结构来保证建筑使用的稳定可靠。

参考文献：
[1]梁敏聪. 梁式转换层在高层建筑中的结构设计分析[J]. 中文科技期刊数
据库（全文版）工程技术, 2021(1):3-3.
[2]周鹏. 高层建筑钢筋混凝土梁式转换层施工技术分析[J]. 建筑工程技术
与设计, 2022(24):28-30.
[3]林亮. 高层土木建筑钢筋混凝土梁式转换层施工技术研究[J]. 科技创新与应用, 2021, 11(31):4-4.。