高层建筑梁式转换层结构设计 王志禹

高层建筑梁式转换层结构设计王志禹

发表时间：2016-11-08T10:46:35.150Z 来源：《低碳地产》2016年13期作者：王志禹[导读] 【摘要】近些年来，高层建筑越来越多，其体型也越来越多样化，相应的功能也有所完善。其中以带转换层的高层建筑是最典型的代表之一，不仅仅可以在一栋建筑中实现人们的不同需求，还可以最大化的利用空间，以此节约资源。这种建筑最大的特点就是沿着建筑竖向使用的空间变小，这是与传统的建筑结构要求相反的。因为其竖向结构由上至下逐渐减少，在竖向结构的变换处就应该有一定的转换

构件，其中设置转换的楼层就称之为转换层。

佳木斯市建筑设计研究院

【摘要】近些年来，高层建筑越来越多，其体型也越来越多样化，相应的功能也有所完善。其中以带转换层的高层建筑是最典型的代表之一，不仅仅可以在一栋建筑中实现人们的不同需求，还可以最大化的利用空间，以此节约资源。这种建筑最大的特点就是沿着建筑竖向使用的空间变小，这是与传统的建筑结构要求相反的。因为其竖向结构由上至下逐渐减少，在竖向结构的变换处就应该有一定的转换构件，其中设置转换的楼层就称之为转换层。

【关键词】高层建筑；梁氏转换层；带层转换结构；发展趋势；受力分析前言：随着近些年来，经济快速发展，城市化的进程也逐渐加快，城市的人口也逐渐增多。随之而来的就是城市土地资源的严重不足，因此增强现有资源的利用率必须相应的增加。建筑必须向多空间发展，创造更多的生活空间。近些年来，涌现了一种新的结构形式，即带转换层的高层建筑。这种建筑在下部有较大的使用空间，例如，办公用房，商店，餐饮等。由此就形成了竖向结构在上部布置多，在下部的布置少，为了满足这种需求，就必须在上、下竖向结构不连续或者变换楼层设置转换结构，已达到高安全性是实用性的目的。

1. 带层转换结构的发展趋势

1.1 高层建筑混凝土转换结构的使用

现如今高层建筑的层数不断增加，有些增加几十层甚至有的建筑增加了上百层之多，因此其相应的转换构件势必会承担更多的楼层数，其转换构件的尺寸也会相应增大，建筑物的面积以及使用空间将会受到严重的限制。随着科技的发展，新型材料的引入势在必得，新起的钢筋混凝土就是一种用在高层建筑物中较完善的材料。钢骨架的加入使得转换梁截面积大大减小，同时也增加了转换梁的承载力以及刚度，转换梁的抗震性也有所增加。除此之外，钢骨混凝土也加快了施工的速度，减小了支模，捆绑钢筋所需要耗费的时间和人力。到目前为止，国外应用在底部的大空间结构中的钢骨混凝土的转换构件较多，相对于国外国内的发展有些不同，在国内，研究技术和科技的发展都不够成熟，因此，采用钢骨混凝土土转换结构的建筑工程实际上并不常见[1]。在我国，比较典型的带有转换层的建筑是北京的国际贸易中心国际旅馆，其采用的是框架-剪力的墙结构，其转换层是安装在第四层，起到较好的实际作用。

1.2 预应力混凝土转换成的使用

预应力的混凝土结构有很多的技术优势，预应力建筑物的截面积尺寸小，并且其钢材的使用量和混凝土的用量都是有所减少的。预应力混凝土其自身的重量特别轻，相对于原始的建筑材料其质量大大减少。除此之外，还有很多优势，预应力混凝土的裂缝以及挠度较小，相应的其跨度也相应提高。即使施工的过程的复杂性有所减增加，其材料的成本也增加。但是近年来，随着预应力技术的应用越来越多，其技术也日渐成熟，施工的费用和材料的成本有相应的减少。经过工程实例的大量统计分析，采用钢筋混凝土结构的转换梁建筑以及钢骨的混凝土的转换梁的建筑成本相差不大[2]。在某些情况下，钢骨混凝土的转换梁结构很多时候节约了一定的成本。目前，越来越多的带有预应力转换梁的高层建筑结构开始建成并且逐渐投入使用，为人们带来了极大的便利，以后的发展前景势必更加广阔。

1.3 钢筋混凝土转换梁的受力情况改良

众所周知，转换梁的截面尺寸是根据其承受的承载力所决定的。转换层收到的剪力较大，导致其截面积往往较大，这样才能达到是转换梁的强度以及刚度增大的目的。如果在这方面处理不当，会导致严重的问题出现，其最主要的就是会出现强柱弱梁的工程质量问题。为了完善建筑的使用空间以及转换梁的受力特性必须对转换形式加以深入的研究。斜向的支撑作用强有力的改善了受力不均的问题，因为转换梁所承受的层数较多并且大多数跨度较大，超负荷直接作用与转换梁之上，在实际用中问题层出不穷。斜向的支撑可以在部分竖向柱的位置增加一个倾斜的腹杆，将一部分作用力转移到框支柱上，有效改善受力情况；另外，竖向传力的多道转换应用的也越来越多，将转换层设置阿紫不同的楼层处，每层的转换层接上几层甚至十几层，通过这种途径可以有效改善一根转换梁的受力情况；转换梁加腋的应用也成为当今的研究热点，在工程研究的过程中，转换梁截面积的大小通常是受弯承载力限制，如果可以使转换梁的剪力最大的部位其抗剪例增大，而一定程度的增大此处截面积的大小，其他部分的截面积则可以适当的减小，这就是转换梁加腋的设计原理。通过这种方式可以使其分配的荷载减少，较为实用。

2. 高层建筑梁氏转换层的结构受力分析

2.1 梁氏转换层的受力特征

高层建筑物的转换层的主要功能就是将上部分小开间的竖向结构的符合转移到下部大开间的竖向结构之上，这样做的结构就是会一定程度上是竖向结构的上部和下部出现不连续贯通而且竖向构件传力不直接的问题。这就会使转换层上、下楼层的抗侧刚度发射改变，转换层处的应力集中，从而导致整个结构的受力变得复杂[3]。当出现一些突发状况，例如地震，此时转换层则会有下部承载力不足而引起的倒塌事故发生，类似软弱层的存在是导致建筑安全性降低的主要因素。由此可见，在转换层的结构设计过程中，必须解决以下问题，首先，要明确结构的传力特征；其次，高度上、下刚度的突然变化如何有效应对；合理布置水平，竖向构件以及转换构件的基本设计和构造，从根本上老增加其抗震的性能。转换层安放的位置是结构抗震性能的主要影响因素，底部的转换层位置设置的越高，转换层刚度变化就越大。总之，梁氏转换层的转换形式必须进行深入的分析。

2.2 框支剪力墙的受力特征

框支剪力墙结构是以转换层为界限的，其上部分是剪力墙，下部分则为框架剪力墙，然而转换层的上部竖向结构的抗侧刚度要比下部结构的大很多，在转换层的部分就易发生抗侧刚度的突然变化，导致建筑物的安全性降低。对于单片的剪力墙，在外部高负载的作用下，转换梁上部墙体与转换梁较远部分的剪力墙的内部作用力是完全不同的。主要是因为靠近转换梁的剪力墙是协同转换梁同时发挥作用的。而在竖向力的作用之下，离框支梁距离较远的剪力墙的手里分布相对较均匀，靠近框支梁是在跨度范围之内的，因此剪力墙截面上的例是向下部的框支柱所集中，因此导致受力不均匀。