探析建筑结构设计中的梁式转换层结构设计

发表时间：2018-09-12T12:09:07.013Z 来源：《基层建设》2018年第22期作者：吴侨裕

[导读] 摘要：随着我国当前高层建筑的迅猛发展，在高层建筑中设置转换层以满足同一栋建筑物中上下楼层不同的建筑功能需求。

身份证号：44058219781127XXXX

摘要：随着我国当前高层建筑的迅猛发展，在高层建筑中设置转换层以满足同一栋建筑物中上下楼层不同的建筑功能需求。转换层设计是结构设计的一个难点，加强对梁式转换层的设计思路和构造要求了解，选择合理的结构布置方式和构造设计方法是关键。结构布置的合理与否直接影响建筑的质量与使用性能。本文在此基础上简要的探讨一下建筑结构设计中梁式转换层结构设计的一些实用设计方法。

关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计

引言：最近几年，我国的高层建筑无论在数量上还是在规模上都在不断的提升，建筑立面的形式和功能也呈现出了复杂化的趋势，在高层建筑和超高层建筑当中，其用途也出现了十分明显的变化所以在这样的情况下也就使得其建筑自身的综合性在不断的提高，这对结构设计工作也提出了更高的要求，不同功能分区需要有分隔，所以在这样的情况下，就出现了转换结构，在这些转换结构当中，梁式转换结构是最为常见的一种。

一、梁式转换层的结构形式及特点和发展趋势

1.1在现在的高层建筑技术中，转换层的形式有很多种，而他们的结构形式的差别也较大，使其传力性能和抗震性能都存在着差异。梁式转换结构传力直接、明确，传力途径清楚，结构计算相对容易。板式转换结构一方面使得上部结构布置方便，另一方面使得传力不清楚，受力复杂，结构计算相对困难，并且厚板集中了很大的刚度和质量，地震反应强烈。桁架式转换结构具有传力明确，传力途径清楚的特点，转换桁架不仅使开洞与设置管道方便，而且他们的位置和大小具有很大的灵活性，使充分利用转换层的空间成为可能。桁架式转换结构抗侧力刚度和自重比转换梁小，使得带桁架式转换层高层建筑的质量和刚度突变相对缓和，地震反应比带转换梁的高层小很多。箱形转换结构是由单向托梁、双向托梁连同上下层较厚的楼板共同作用形成，其侧向刚度很大，较少用于房屋结构工程。

1.2梁式转换层的结构访预应力混凝土转换层，由于预应力技术有能减小截面尺寸、控制裂缝和挠度及减轻支撑负担等优点，因此，此结构适合于建造承垂荷载的大跨度转换层，能节省钢材和混凝土。钢骨混凝土转换层，钢骨混凝土梁和钢筋混凝土梁相比，具有刚度好、承载力高，可塑性、耐久性和抗震性能高等特点，因此可以减少支模，准确定位看，提高施工的速度，但它主要在国外被使用，国内工程中使用的并不多。新型转换结构的应用。它是由多个混合空腹析架、单层析架空腹析架等叠合组成的。

二、梁式转换层的结构布置要点

转换层的结构布置。通过研究表明，底部转换层位置高度将决定转换层上下刚度的突变程度，此外，转换层位置越高，简体容易出现受弯裂缝，增大框支柱的内力，其上部附近的墙体容易遭受破坏。如果底部带转换层结构，就必须设置安全可靠的转换构件。

2.1结构竖向布置

高层建筑对于其结构布置要求侧向刚度下部大于上部，避免刚度突变，而转换层结构的出现使整体结构有悖于其要求的结构布置，建筑工程中存在高位转换的问题。果是大底盘多塔楼的商住建筑，其转换层最好设置在裙房的屋面层，加大梁板的厚度和尺寸，避免中间出现刚度小的楼层，提高抗震能力，对框支剪力墙高层建筑结构。因此在设有梁式转换层的高层建筑设计中，结构中尽量应用剪力墙落地，强化下部的结构刚度，或直接在底部增设剪力墙结构，可有效提高底部刚度。除增加剪力墙数量外还可调整增加其厚度，使转换层下部剪力墙厚度大于上部厚度。结构中，底部的剪力墙不宜设有洞口，以免削弱刚度。

2.2构造布置与措施

应协调转换层上下部分结构布置，使转换结构的数量尽量减缩且处于建筑中的较低位置，转换构架尽量靠近支座便于内力的竖向传递。设计要保证框支层上剪力墙洞口上部的连梁形成强剪弱弯，梁内配置交叉斜筋且配筋充分，对于有二次转换梁的转换层，转换主梁在剪跨比较小的区段易出现剪切破坏，荷载经多次传递二次转换梁引起应力相对复杂，次梁正交部位截面应变分布复杂，主梁容易在水平作用力下大角度扭动，梁端形成裂缝，故结构设计布置中应尽量避免二次转换。薄弱部位楼板的平面内变形对结构受力的影响要考虑到结构整体分析中，为使刚心与结构质心尽量重合，要通过调整剪彩力墙的布置方式来避免扭转情况的发生。

三、梁式转换层结构的构件设计

3.1计算分析

梁转换层结构的内力计算方法主要有梁杆系模型计算分析法和有限元模型计算分析所谓杆系模型即直接用三维空间分析程序进行结构内力整体分析，求得转换梁的内力作为设计依据，转换梁一般按梁杆模型处理，而不考虑转换梁与上部墙体的共同工作。当转换梁截面高度等于或大于层高时，计算时转换梁的位置取在其上皮标高处，下层层高取两层层高之和。关于荷载的取用原则，对竖向荷载计算简图顶部墙体上的竖向荷载取该层上部竖向荷载的累计值，其余各层的竖向荷载采用各自层的竖向荷载。

3.2转换层的抗震设计。在带转换层结构的高层建筑中，因为设置了不同的层转换，建筑物高度方向的刚度就不均匀了，竖向承载力不连续，传力路线曲折，因此，建筑当中有层转换结构的部分抗震能力就较差。为了保证建筑的安全，应增大转换构件水平地震作用的计算内力，在8级抗震设计时，还要考虑到竖向地震作用的影响。再适当在转换层上部一些较长的剪力墙中部设置结构洞，这不仅调整了整体结构刚度，还可减轻建筑物负重及梁柱负载承受的力，利于抗震设计的要求。

3.3转换层楼板的设计

高层建筑很明显的一个特征就是绝大部分的剪力都承受在下部结构，这也导致了梁式转换层的楼面首当其冲承受了非常大的剪力压迫。在设计中要尽量加厚楼板的厚度，建议采用现浇板且厚度在1.8m以上，这样能加强转换大梁的抗扭能力和侧向的刚度，也利于转换层在其平面内对剪力进行重新分配。混凝土的强度要使用C30以上强度等级的，可采用双向钢筋固定，每排钢筋的配筋率尽量在0.25%以上，另外在混凝土中加适量的钢纤维则可极大程度的提高混凝土的抗剪性能，防止混凝土断裂。转换层的楼板若非必要不宜开设结构洞，若开设洞口则要在其周围以暗梁或次梁加固，且洞口位置应远离转换层外缘以尽量保持其刚度。

3.4转换层框支柱与框支梁设计

框支柱的轴压比设计关系到结构能否具有足够的延伸性，这关系到结构的抗倒塌能力。在抗震设计中，框支柱轴压比在一级抗震时的应控制在0.7以下，二级抗震应控制在0.75以下而三级抗震时控制在0.8以下。若框支柱的轴压比仅控制在0.85以下则建筑结构不具有抗震性