高層建筑梁式轉換層結構設計

摘 要：由于梁式轉換層結構設計較為復雜，在設計中要加強對主要構件進行設計，確保轉換層功能，保障高層建筑安全。本文結合工程實例，對高層建筑梁式轉換層的結構設計進行簡單探討。

關鍵詞：高層建筑；轉換層；梁式轉換層；結構設計

一.引言

隨著我國經濟的發展和土地資源的緊缺，高層建筑建設規模越來越大。為實現高層建筑的特殊功能，需要設置轉換層。轉換層的形式具有多種，各形式間差別較大，存在傳力性能和抗震性能的差異。梁式轉換層具有受力性能好、構造簡單、工作可靠及施工方便等特點，受到廣泛應用。

二.工程概述。

某高層建筑樓層總層數為32層，其中地下2層，地上30層，總建筑面積為24837㎡，建筑1-5層設計為商業用房，6-32層為住宅。1層層高為5.10米，2-5層的層高為4.10米，設計為框架-筒體結構；6-32層層高為3.10米，設計采用剪力墻-筒體結構。在建筑的5-6層之間設置結構轉換層，同時擁有設備安放。

三.高層建筑梁式轉換層結構設計

1.梁式轉換層概述

城市人口數量逐步上升，土地資源需求不斷增加，在有限的土地供應實情下，高層建筑成為緩解用地緊張的重要舉措。城市高層建筑一般多為綜合性用途的建筑，其下部一般為餐館、商場，中部為辦公用房，上部為旅館、住宅等。由于樓層建筑功能的變化，需要在建筑豎向結構形勢上發生改變，樓層在豎向結構形式體系上發生變化時，需要通過設置轉換層來實現過渡。為適應建筑功能變化，要在結構轉換層設置水平轉換構件，轉換層將部分豎向構件打斷，促使豎向力的傳遞發生轉折，轉換層是實現轉折功能的大型水平構件。從轉換層的結構形式來看，主要分為斜撐式轉換、板式轉換、桁架式轉換、箱式轉換、空腹桁架式轉換及梁式轉換等。

梁式轉換層將上部的剪力墻落在框支梁上，由框支柱來支撐框支梁。當需要縱橫向同時轉換時， 則采用雙向梁布置。梁式轉換層具有結構傳力途徑清楚、傳力直接和明確等特點，進行結構計算時較為簡單，同時具有構造簡單、工作可靠、施工方便和受力性能好的優點，其缺點是當轉換梁的跨度較大時，需要較大的轉換梁截面，需要加大轉換梁的抗側剛度和質量，導致結構對地震的反應較大。

2.梁式轉換層結構的設計遵循原則

（1）盡可能減少需結構轉換的豎向構件，直接落地的豎向構件越多，梁式轉換層的轉換結構越少，所造成的剛度突變同時也變小，更加有利于結構的抗震性能。

（2）梁式轉換層結構設計時，要確保轉換層具有足夠的剛度，一般情況下，設計轉換梁的高度不得小于跨度的六分之一，以確保內力在轉換層結構和下部構件中能夠合理分配，確保剪力墻柱和轉換梁具有良好的受力性能。

（3）梁式轉換層結構設計時，要采用 “樓板在平面內剛度無限大”的假定，確保剪力墻和所有框支柱位移相等水平力按照落地剪力墻和框支柱的剛度進行比例分配。由于轉換層樓板需要將上部結構的水平剪力傳遞到下部結構中，其本身需要承受部分豎向荷載和較大的平面內剪力，轉換層樓板在自身平面內應力的影響下，存在較為顯著的變形，因此需要確保轉換層樓板具有足夠的剛度和強度。

（4）梁式轉換層上部的柱子和剪力墻盡量要對稱布置。在轉換梁跨中設置梁上立柱，避免轉換梁變形時梁上立柱的柱腳產生較大轉角，從而帶動立柱的柱腳產生較大幅度的變形，引起柱的剪切和彎曲，促使立柱產生較大內力。

（5）梁式轉換層結構設計時，需要通過全面細致的計算來確保整體結構安全。轉換結構需要采用符合實際受力變形狀態的分析計算，通過建立模型進行三維空間整體結構分析計算。

3.高層建筑梁式轉換層結構設計

（1）轉換梁的截面設計方法

梁式轉換層截面的設計方法和結構形式及受力性能息息相關。①托柱形式轉換梁截面設計。轉換梁承托的上部結構為普通框架時，在轉換梁的常用截面尺寸范圍內，其受力性能和普通梁基本相同，在配筋計算時可以按照普通截面設計方法進行。當轉換粱承托上部斜桿框架時，轉換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構件進行截面設計。②托墻形式轉換梁截面設計。當轉換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態表現為深梁，此時轉換梁截面設計方法宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，且計算出的縱向鋼筋應沿全梁高適當分布配置。

（2）轉換層分析計算

整體計算完畢后對轉換層本身應采用平面有限元計算軟件做局部應力的補充計算。進行局部分析時，應考慮轉換結構上下樓層是否進入局部計算模型，以及樓層樓蓋平面內剛度影響，注意實際結構的三維空間盒子效應，采用符合實際情況的正確計算模型。框支剪力墻的計算較為復雜，上部剪力墻需與下面多根柱相連接，如果連接不當會產生很大的計算誤差。空間分析程序是以梁柱為基本單元，而分析底部框支剪力墻時，剪力墻作為柱單元考慮。

（3）轉換大梁的設計

梁式轉換層的設計構造要求：①轉換層樓板要將上層結構的水平剪力傳遞到下層抗剪結構上去，本身承受很大的平面內剪力，同時又承受部分豎向荷載。因此要求樓板要有足夠的強度和剛度。②轉換層大梁是承托上部剪力墻或柱傳下來豎向荷載的重要構件.本身受力很大，它是整個結構抗震安全的關鍵部位。因此，轉換大梁的設計在整個轉換層結構的設計中至關重要。

4.高層建筑梁式轉換層結構設計要點。

（1）梁式轉換層在豎向位置上不宜過高。

梁式轉換層設置高度在8度時一般盡量不要超過3層，設置高度為7度時盡量不要超過5層，設置高度為6度時，看根據實際情況適當提高。工程結構必須采用高位轉換時，要盡量設置外圍為框架筒體結構，利用框架筒體結構的側向剛度突變有效改善抗震性能。

（2）對上下部分結構進行協調布置，要盡量減少轉換層構件數量。

梁式轉換層結構設計時，其上部豎向構件要盡量設置到轉換梁靠近支座位置，便于豎向力的傳遞。由于直接落地的豎向構件越多，需要的轉換構件也就越少，轉換層所造成的剛度突變同時也就變小，更加有利于建筑結構的抗震性能提升，因此要盡量減少結構需要豎向轉換的豎向構件。

（3）盡量確保水平結構傳力直接，避免次梁為轉換構件

梁式轉換層為上下主體豎向結構時，要盡可能使水平轉換結構的傳力更加直接，同時要避免次梁為轉換構件。由于次梁為轉換構件的抗震性能、傳力途徑和經濟性都缺乏，因此在次梁的上部要利用填充墻來代替。

（4）確保梁式轉換層樓板的延性和剛度。

梁式轉換層的樓板作為框支剪力墻結構的分界，樓板的上下兩部分受力性能具有較大的差異。其上部在剪力墻結構外部荷載作用下，能夠按照等效剛度進行比例分配，結構的受力性能相對較好；樓板下部的落地剪力墻和框支柱由于性能不同，水平剪力主要都集中在落地剪力墻上，當轉換層荷載分配發生突變時，極其容易產生薄弱層。

四.結束語

梁式轉換層結構設計相對較為簡單，結構受力比較明確。進行結構設計時，要將梁式轉換層的梁柱等結構構件作為重點，設計過程中在滿足計算要求的同時，必須提升轉換構件的構造要求，確保結構安全可靠。

參考文獻

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