高層建筑梁式轉換層結構的設計論述

■才 紅，寧 堯，么巧亭

■1.長春工業大學人文信息學院，吉林 長春 130122;2.長春新星宇建筑安裝有限責任公司，吉林 長春 130062

對于高層建筑工程來說，結構穩定性與安全性要求更為嚴格，為了實現工程結構支架，必須要設計一種能夠進行結構轉換的結構層。梁式轉換層結構為高層建筑支架轉換重要組成部分，可以在滿足基礎功能的前提下，提高工程結構的安全性。在對此結構形式進行設計時，需要從多個角度出發，做好每個細節的研究分析，選擇合適的措施進行優化，爭取不斷提高工程設計效果。

1 高層建筑工程梁式轉換層結構設計特點

梁式轉換層結構傳力途徑為墻－梁－柱(墻)形式，具有傳力明確、清晰、直接特點［1］。轉換結構主要作用是承受上部結構傳達的豎向荷載，以及懸掛下部結構多層荷載力等，這樣就導致轉換結構構件存在很大的內力，在對結構進行設計時，就需要將對豎向荷載的控制作為研究要點。對高層建筑工程梁式轉換層結構來說，基本上均具有比上部結構大于數倍的跨度，決定了結構設計時還需要做好對結構豎向撓度的控制。通常為提高轉換層結構強度與剛度，會導致結構構件截面尺寸會加大。對高層建筑工程設計轉換層結構，會沿著建筑高度方向對剛度均勻性造成影響，改變力的傳播途徑，成為豎向不規則結構，在對梁式轉換層結構進行設計時，需要結合其所具有的特點來確定設計要點，選擇措施做好每個環節的優化分析。

2 高層建筑工程梁式轉換層結構設計原則

2.1 減少豎向構件

在對高層建筑工程梁式轉換層結構進行設計時，需要控制好豎向構件的數量。因為如果工程豎向構件數量較多，會減少轉換構件數量，會降低轉換效果。當整體結構轉換層剛度突變減小時，會降低工程整體結構轉換層的剛度，進而都會影響到抗震效果，對工程建設效果影響比較大。另外，在建筑物豎向高度方向上，在保證轉換層存有足夠承載力與剛度前提下，采取靈活的方式來進行多處整層布置，或者是在某層局部位置設置，可以采用分段布置或者間隔布置［2］。

2.2 結構位置布置

要提高轉換層結構位置的合理性，一般情況下應將上升位置設計在比較低的位置，以免轉換層結構位置過高而對框架剪力墻結構剛度與內力造成影響，情況嚴重的甚至會降低結構抗震性能。因此必須要做好對轉換層結構位置的控制，嚴格遵守高位轉換原理，結合實際需求來調整下部框架，提高結構剛度設計效果，避免出現軸向變形的問題。按照工程經驗與研究結果，轉換構件可以采用轉換大梁、斜撐、箱形結構以及厚板等形式［3］。

2.3 下部結構剛度

在對轉換層結構剛度進行控制時，需要確保結構上下部之間變形與結構剛度特征的統一性。因此，可以采取提升抗側剛度的方法，確保建筑結構剛度的均勻性，將剛度質量中心與剛度中心完全整合在一起，避免出現中心偏移的情況，不斷提高工程結構的逆轉控制性能。同時，在對結構設計后需要保證簡體結構整體抗側剛度比重在下部結構中上升，達到提高簡體截面的控制效果，將工程結構抗震荷載性能控制在專業范圍內，提高結構抗震、防震性能，對高層建筑工程梁式轉換層結構質量進行優化。

2.4 轉換層計算

在對轉換層進行設計前，必須要結合實際情況對各環節的所有數據參數進行采集、計算與分析，最終形成統一的結構數據。各環節數據的計算分析結果直接決定了工程結構設計質量，要求設計人員必須要嚴格按照受力變形狀況來進行數學建模，利用信息技術與計算機技術完成各項三維立體空間的構建。例如在對數據進行計算時，設計人員可以選擇有限元方法對轉換結構進行局部補充與計算，完成各項整體之間的兩層結構模型計算，對各項模型條件做好相應的處理，保證所有模型數據均能夠滿足實際施工要求。

3 高層建筑工程梁式轉換層結構設計實例分析

3.1 工程概述

以某高層建筑工程為例，工程主樓地上建筑35層，地下3層，裙樓地上為3層，地下2層，施工時將地下1層樓作為上面結構固定端，并將主要樓層作為一個剪力墻結構，把結構轉換層設置在固定端以上4層位置，使得結構轉換層支架模式變成梁式轉換層結構。轉換層標高20m，轉換層高為6m，轉換區域面積為900㎡，形成一個L格局。轉換層結構抗震等級為二級，設計活荷載為3.5KN/㎡，設置22根支柱結構，布置成矩形柱網絡結構，主要鋼筋為Ⅲ級鋼(HRB400)，箍筋為的Ⅱ級鋼(HRB335)，混凝土強度等級為C60，核心筒面積大約為48㎡。另外，墻結構設計厚度為350mm，但是實際施工后中間墻厚度≥200mm，并采用Ⅲ級鋼(HRB400)來作為邊緣構建的縱向鋼筋結構。剪力墻鋼筋采用的Ⅱ級鋼(HRB335)，混凝土強度等級為C50，框架支柱梁最大橫截面積為1100mm×2300mm，最大凈跨為7500mm，選擇用Ⅲ級鋼(HRB400)為縱向鋼筋。

3.2 梁式轉換層結構設計

(1)模板支撐系統。在設計模板支撐系統前，需要從安全角度出發，利用專業軟件以及人工組合的方式進行精確計算，確定出滿足工程施工建設需求的安全參數，以及支撐鋼管的橫截面、跨度、空間間距等數據。另外，為提高結構施工的便利性，以及施工材料的利用效果，還需要做好模板裝拆卸便利性的分析。尤其是要做好安裝施工難點的分析設計，可以通過軟件來設計出隱藏的分支節點，提高結構設計的合理性。

(2)轉換大梁結構。高層建筑工程梁式轉換層結構的設計，需要對應實際結構功能需求來進行相應分析。例如在對轉換大梁進行設計時，需要對詳細計算結構受力數據，依照豎向荷載或者承托建筑結構上部剪力墻內容，來完成各項組件的構建，為建筑結構抗震設計打下堅實的基礎。另外，為提高工程各樓板之間的負載性能，必須要做好對結構剛度與強度的分析，確保工程結構豎向受力效果滿足專業設計要求。

(3)鋼筋下料與綁扎。對于轉換梁縱筋來說，具有直徑大、排數多、數量多等特點，并且在施工時一般還需要進行全長加密處理，構造腰筋必須要嚴格按照受拉鋼筋錨固要求將其錨固在兩端柱子內，這就對鋼筋下料與綁扎環節的處理提出了更高的要求。設計時要求每一道梁式轉換層鋼筋放樣與所下材料完全滿足專業設計要求，并且要與設計方案對應。提前進行簡單布局的排列，確定出最符合實際要求的設計方案，最后在進行相應的處理，避免下料處理后沒有按照既定規則來安置鋼筋，影響鋼筋綁扎效果，而對最后混凝土的振搗效果造成影響。

(4)轉換層計算。以提高結構設計合理性與有效性為目的，對轉換層各細節做好設計，改善局部分析的合理性與有效性。在進行計算時可以選擇用平面有限元的方式，分析不同數據之間的影響，并結合以往經驗來做好各影響因素的控制，按照工程樓層實際情況進行計算。另外，為提高計算效果，還應對樓層平面內剛度實施三維空間盒子模型構建，提高模型數據與整體高層建筑梁式轉換層結構控制的有效性。在轉換梁截面計算時，如果轉換梁承托上部普通框架，在轉換梁常用截面尺寸范圍內，轉換梁受力基本與普通梁相同，可以按普通梁截面設計方法進行配筋計算［4］。

4 結束語

高層建筑梁式轉換層結構在設計施工時，往往會受到各項因素的影響，為提高其設計效果，必須要針對結構所具有的特點進行分析，嚴格遵循專業設計原則，做好每個細節的控制，做好各項數據的計算，爭取不斷提高工程建設效果。

［1］覃永敘.有梁式轉換層的高層建筑結構設計［J］.中華民居(下旬刊)，2013(06).

［2］黃培瑜.探討高層建筑梁式轉換層結構設計［J］.低碳世界，2014.

［3］張堅淺.論高層建筑梁式轉換層結構設計［J］.建筑監督檢測與造價，2012.

［4］肖雪.淺析高層建筑梁式轉換層結構設計的要點［J］.中華民居(下旬刊)，2014.