淺析高層建筑梁式轉換層結構設計

吳天天

摘 要：在對高層建筑梁式轉換層結構進行設計的過程中，設計人員要做好設計準備，對設計原則、設計要求、設計注意點進行全面分析及認識，保證梁式轉換層結構設計與高層建筑需求一致，提升設計的使用效果。人員要將安全問題放在設計的突出位置，提升安全控制效益，改善建筑結構的整體防震質量，確保我國高層建筑又好又快發展。

關鍵詞：高層建筑；梁式轉換層；結構設計

1 高層建筑梁式轉換層結構設計原則

高層建筑結構下部受力狀況遠遠高于上部，在進行結構設計的過程中需要對下部的剛度進行合理選取。傳統措施主要是通過增加下部墻體，提升柱網達到對墻體結構密度的提升，但這種方法在高層建筑施工中操作難度較大，實用性較差，整體效果并不理想。高層建筑梁式轉換層結構設計主要通過對高層建筑結構進行調整，依照反常規設計實現受力轉化的一項操作。該設計的過程中要對各項構建、剪力墻、轉換柱等進行重新設計，嚴格依照剛度要求，改善傳力途徑，其具體設計原則包括：

減少豎向構件：結構在實施轉換的過程中要最大限度減少豎向構件。豎向構件可以有效減少高層建筑施工中所需要的各項轉換結構，當豎向構件越多，整體結構轉換層的剛度突變越小，整體抗震效果大幅降低，對高層建筑具有非常嚴重的影響；

轉換柱及剪力墻的對稱布置：在進行上述結構設置的過程中，人員要盡量保證上述結構對稱，要盡量將梁面上的立柱轉換為梁跨的梁體，保證兩者之間的柱腳轉角在規定范圍內。只有控制好轉換柱及剪力墻之間的對稱布置，才能夠從根本上提升兩者之間的轉角控制效益，降低立柱可能出現的超筋現象；

強化轉換層下部結構剛度：在對轉換層的剛度進行控制的過程中要適當弱化整體剛度效果，保證上下部之間變形及結構剛度特征相近。在設計的過程中要控制好以下兩方面。第一，使用剪力墻提升抗側剛度時要保證建筑結構整體剛度均勻，剛度質量中心與剛度中心能夠完全結合在一起，防止出現兩者中心偏移現象，提升建筑物結構之間的扭轉控制效果；第二，增強簡體截面的控制效果，保證簡體結構整體抗側剛度比重在下部結構中上升，保證整體抗震荷載級數達到安全設計要求，提升整體的抗震、防震效果，改善高層建筑梁式轉換層結構質量；

轉換層結構位置：上升位置設計的過程中要保證主體盡量處于較低的位置。當轉換層過高時非常容易出現框架剪力墻結構剛度及內力達不到標準，導致整體的使用效益大打折扣。此時，高層建筑的抗震效果非常低下。在轉換層設計的過程中要嚴格依照高位轉換原理，對各項下部框架控制結構剛度進行調整，保證實現軸向變形控制，減少層間存在的壓力；

轉換層計算要求：轉換層在計算設計的過程中要對各項數據進行全面采集，依照工程結構主體狀況對細節進行明確，形成統一的結構數據。上述結構處理的過程中，人員要依照受力變形狀況實施數學建模，依照計算機技術及信息處理技術，對各項三維立體空間進行構建。例如，設計人員可以選取有限元方法對轉換結構進行次進行局部補充及計算，完成各項整體之間的兩層結構模型計算，實現對各項模型條件的處理，保證模型數據符合實際施工需求。

2 高層建筑梁式轉換層結構設計要求

在實施高層建筑梁式轉換層結構設計的過程中，涉及人員要嚴格依照以下內容要求，對各項設計內容進行落實。

2.1 轉換大梁設計

高層建筑梁式轉換層結構設計時要將其主體大梁分為兩部分，依照具體施工部位，實施對應處理。轉換層大梁的處理：該處理過程中的過程中要對轉換層大梁受力數據全面分析，依照柱豎向荷載或者承托建筑結構上部剪力墻內容，形成各項組件構建，為建筑結構抗震設計打下堅實的基礎；轉換層樓板的處理：在轉換層樓板處理的過程中要對水平剪力狀況進行全面提升，改善整體平面內剪力狀況。在高層轉換設計的過程中，通過對各項樓板之間的控制能夠有效提升負載狀況，提升豎向受力效果，保證樓板具有高度的剛度及強度。在對轉換大梁設計中人員要通過三維空間分析程序對各項設計細節效果進行處理，觀察結構之間的銜接效果。確定轉換大梁與主體之間連接效果良好后，才可以對本部分設計進行明確。

2.2 分析計算轉換層

分析計算轉換層能夠有效提升局部力的補充計算狀況，改善局部分析的有效性及合理性。上述分析計算主要通過平面有限元完成，實現各項數據之間影響的分析及探究。人員要對各項平面內剛度影響因素進行合理控制，依照樓層要求及內部狀況，實施拘捕計算。除此之外，在上述結構分析計算的過程中還要對樓層平面內的剛度實施三維空間盒子模型構建，保證模型數據與整體高層建筑梁式轉換層結構控制的有效性。相關資料顯示：框支剪力墻計算非常的復雜。一旦出現連接不良非常容易出現計算誤差，導致整體之間的分析效果受到限制。因此，建立空間分析過程時要將梁柱作為分析基礎，建立底部框支剪力墻分析的過程中要將剪力墻作為基礎，構建研究模型。

3 高層建筑梁式轉換層結構設計注意點

高層建筑梁式轉換層結構設計內容較為復雜，只有在對上述操作原則進行全面分析，控制好各項設計要點后才能夠提升設計效果，改善高層建筑結構質量。除此之外，設計人員還要明確各項高層建筑梁式轉換層結構設計中的各項注意點，最大限度降低施工過程中可能出現的安全問題及質量問題。

轉換梁設計是高層建筑設計中的關鍵問題。在設計的過程中，轉換梁決定了高層轉換層設計效益。當前高層建筑中主要是將轉換層作為設備層使用，在設計的過程中要依照設備層結構要求落實各項設計內容，細化設計方案。因此，轉換層要在其本身的基礎上設置腹部開口，設計人員要依照建筑結構狀況明確開口位置及開口大小。

當轉換梁的跨中彎矩和支座剪力與上部結構之間協調性較差時非常容易出現建筑安全問題，導致建筑防震效果受到嚴重限制。因此，在對該部分設計的過程中，設計人員要首先充分考慮轉換梁與高層建筑上層結構之間的協調效果，依照兩部分內容的共同工作程度實施對應設計，細化設計內容。

在設計的過程中，設計人員要最大限度降低轉換層與下部結構豎向剛度產生突變，防止轉換層與下部結構之間的銜接效果受到限制，造成主體結構質量降低。除此之外，在下部結構設計的過程中要在保證建筑物性能需求前提下盡量提升對應結構的截面尺寸，增加剪力墻。要適當調整混凝土的結構等級，保證混凝土強度在C30以上，確保提升下部整體設計強度，提升高層建筑結構使用效益。

設計的過程中，人員要依照具體高層建筑梁式轉換層結構設計環境，依照施工現場狀況對設計內容的可操作性進行強化。人員需要嚴格滿足建筑外觀需求，在上述要求下不斷調整及完善高層建筑梁式轉換層結構設計，提升現場施工效益。

4 結 語

上世紀70年代開始，我國開始將高層建筑梁式轉換層結構作為高層建筑設計的重要內容，提升了建筑結構控制的效益。結構轉換設計完成了對建筑空間的提升，實現了對常用結構形式的靈活連接及轉變，對我國高層建筑安全指標具有非常積極的意義。除此之外，上述結構還能夠改善建筑受力狀況，降低傳統高層建筑施工過程中的操作難度，已經成為當前高層施工中不可或缺的內容。

參考文獻

[1]謝曉鋒.高層建筑轉換層結構型式的應用現狀及問題[J].廣東土木與建筑.2004（02）.

[2]唐興榮，何若全.高層建筑中轉換層結構的現狀和發展[J].蘇州城建環保學院學報.2001（03）.

[3]羅柳毅.梁式轉換層在高層建筑中的應用[J].廣東土木與建筑.2000（02）.

[4]傅學怡.帶轉換層高層建筑結構設計建議[J].建筑結構學報.1999（02）.