高層建筑梁式轉換層結構的設計剖析

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轉換層結構是結構轉換的樓層設置的水平轉換構件，轉換層結構將整體建筑結構分開，實現上下采取不同的結構形式，下部形成較大的空間結構滿足商用剛度較小的框架結構;上部結構形式根據住宅或小型公寓、賓館等使用功能靈活設置。建筑結構中由于轉換層的設置造成沿建筑物高度方向剛度的均勻性受到破壞，導致傳力路線曲折、應力集中和變形集中，決定轉換層結構的重要性，需要應用合理的設計方法和措施保證轉換層結構的安全可靠。

1 梁式轉換層結構的受力特點

高層建筑轉換層的主要功能是把上部小房間開間豎向結構的荷載傳遞到下部大開間的豎向結構上，由于豎向結構的上下結構不連續貫通導致豎向構件傳力的不直接，轉換層上、下樓層的抗側剛度發生突變，造成整個建筑的結構受力復雜。容易在地震發生時轉換層機構出現薄弱層和軟弱層，引發建筑結構的倒塌。

2 梁式轉換層結構的設計原則

(1)轉換層結構構件需要承受上部結構傳下來的巨大豎向荷載或懸掛下部結構的多層荷載，因此控制轉換層結構設計的主要因素為豎向荷載，需要嚴格控制結構構件的豎向撓度。

(2)轉換層結構根據結構傳力和建筑功能的需要，按照相關技術標準和計算結構靈活布置，保證具有足夠的剛度。整體剛度不足時，可加大屋面梁、板尺寸和厚度，減小地震可能性損害。

(3)豎直構件是剛度突變的主要來源，根據具體的計算數據降低豎直構件的使用數量，避免豎直構件影響轉換效果。需嚴格按照比例分配，保障內部力度傳輸的平衡性，發揮轉換層力度均衡的優勢，有效承擔高層建筑的內力。

(4)根據底層入口的擴大需要及過度上、下層柱列的疏密不一，需要把水平轉換構建布置在平面周邊角筒或柱列上。控制梁式轉換層結構設計需要結合高層建筑的基礎受力調整強度分配，適宜的強度可以保障梁式轉換層的性能，優化轉換層在高層建筑中的應用。

(5)轉換層的轉換構件可采用轉換大梁、箱形結構、厚板、桁架、空腹桁架、斜撐等形式，框支柱和落地剪力墻的布置需要按照設計剛度增加墻體的厚度，落地剪力墻的間距不原規程適當加嚴等，實現對剛度突變的控制。

3 高層建筑梁式轉換層結構的設計和構造

3.1 轉換層結構中框支柱的設計與構造

建筑單位應用地理信息系統得到建筑所在地區范圍的地震發生數據，根據高層建筑的承受地震級別計算出梁式轉換層的框支柱級配，根據框支柱的參數基礎標準，結合工程實際調整系數。框支柱的截面尺寸由軸壓比控制，抗震設計時應大于國家行業標準規定的450MM，并且框支柱的混凝土強度等級要高于C30。框支柱在抗震設計中采用井字復合箍或復合螺旋箍等箍筋形式，控制箍筋直徑大于10MM，沿梁全高加密。錨入梁內的鋼筋長度保證框支柱在上部墻體范圍內的縱向伸入不少于一層，保證余柱鋼筋全部錨入梁內或板內。

3.2 轉換層結構中框支梁的設計與構造

框支梁的設計決定梁體的穩定性，其截面尺寸由剪壓比控制，不宜小于2 倍于其上部剪力墻厚度，不得小于400MM。剪壓比控制可以實現內力的限制，保證構建的延性，避免在彈塑性階段出現脆性破壞。框支梁的跨度對設計參數高度影響較大，取跨度的1/6 為標準數值。框支梁的受力來源主要是高層建筑雙層結構的載荷力和傳輸框支梁的內部受力，通過有限元計算方式可以設計構件的安裝布置需要，為建筑安全性提供保障。框支轉換梁的構造要求要滿足混凝土強度等級高于C30 的要求，偏心受拉的框支梁制作上部縱向鋼筋應有1/2 沿梁全長貫通，保證下部縱向鋼筋全部直通到柱內。框支梁支座處的箍筋需要特別加密，洞口靠近框支梁端部且梁的受剪承載力達不到要求時，采取措施可以選擇增大框支梁洞口連梁剛度或進行框支梁加腋。

3.3 轉換層結構中托柱轉換梁的設計

托柱轉換梁的截面尺寸不應小于承托框架柱在梁寬方向的邊長，受剪壓比控制要符合在柱兩側各寬出50MM。托柱轉換梁為普通受剪、彎構建，可按純彎構件計算截面承載力。托柱梁所承托的樓層較多時需要對托柱梁上梁柱交接處的混土局部受壓承載力進行驗算。轉換梁荷載集中處，轉換梁附加橫向鋼筋的位置，在滿足轉換梁截面抗剪承載力的數據要求時可以不配置附加橫向鋼筋。

3.4 轉換層結構中框支梁上剪力墻的設計

轉換層的框支梁與上部二到四層的剪力墻共同工作，剪力墻內的剪應力與壓應力分布不均勻，靠近框支梁端部的壓應力較大，向框支梁跨中部壓應力逐漸減小，需要很據剪應力和壓應力的計算數值設置配筋的強度。剪力墻在框支梁端部的內力較大，可以在此處開設邊門洞，并著重加強該處剪力墻的厚度增加該處剪力墻的強度。

3.5 轉換層結構中樓板的設計

轉換層樓板承擔上部樓層和下部樓層的剪力傳遞，需要根據剪應力設計樓板的強度和剛度，防止樓板在極大的剪應力作用下發生變形或開裂。轉換層樓板的最小截面高度根據國家行業規定不得小于180MM，并需要在板面和板底實現雙向配筋，保證鋼筋錨固在樓板周圍的邊梁或墻體內。轉換層樓板不應錯層及筒體和落地剪力墻處的樓板不能開洞，實現轉換層樓板的整體性。根據建筑的使用功能及設計要求必須對樓板進行開洞操作的，需要在洞口的周邊和樓板的邊緣設置邊梁來保證樓板的剛度，要求邊梁的寬度大于樓板板厚的2 倍，采用機械焊接鋼筋接頭。根據轉換結構內力的傳遞性對相鄰樓層的樓板需要進行剛度的加強，剛度的加強可以提高建筑所能承受的力度，實現轉換層的結構穩定，保持整體建筑的穩定。

4 高層建筑梁式轉換層結構的設計要點

(1)梁式轉換層的豎向布置需要解決高層建筑側向方面受力不均衡的狀態，避免剛度突變，需要在保持原有剪力墻的數量下削減剪力墻的厚度，實現豎直方向承載力的減輕，達到降低梁式轉換層豎向承載力的目的。采用符合行業技術標準的高級配混凝土材料，實現保障結構穩定的目的。控制位于剪力墻內部核心筒的厚度，穩定轉換層的結構。

(2)梁式轉換層的平面布局設計需要圍繞梁式轉換層的周邊進行，采用堆成的設計方式穩定轉換層的重心，控制高層建筑水平方向的位移距離，達到扭轉標準、提高高層建筑的扭轉能力。加強平面布局的數據和圖紙設計，避免設計誤差的出現。轉換層處于高層建筑結構的加強區，設計要充分考慮地震級配問題，根據實際情況適當的提高等級級別。

5 結束語

梁式轉換層在多功能高層建筑中發揮穩定結構的重要作用，需要根據建設需求結合成功經驗及數據計算公式嚴格驗算設計數據，實現結構優化設計，保證高層建筑的穩定性。

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