高層建筑梁式轉換層結構的設計剖析

王陸軍

【摘要】我國自實行改革開放政策以來，社會經濟有了飛速的發展進步，人們對于高層建筑的要求也越來越高。一般情況下，高層建筑下部應有足夠的靈活空間，少墻體，但上部則應有較多墻體來滿足人們的居住需求。本文對高層建筑梁式轉換層結構展開了深入的分析。

【關鍵詞】高層建筑；梁式轉換層；結構設計

進行高層建筑的設計工作時，一般要在其底部設置成大空間，其上部標準層通常都是小開間，這便會使其上部的承重結構無法直接落地，必須開展結構轉換工作。使用的轉換構件一般有：梁、桁架、空腹桁架、箱型結構、斜撐、厚板等。結構轉換層常見的有梁式轉換和板式轉換兩種類型。梁式轉換結構，受力比較直接明確，是目前得到廣泛應用的轉換結構形式。而板式轉換結構的受力以及傳力方式都很復雜，很難確定，所以只有在其上下部結構不夠協調，不能使用梁式轉換結構時才用。

一、建筑的轉換層

建筑的轉換層按照功能結構差異可分成下述三種：

首先，上層與下層結構的轉換。一般在剪力墻結構、框架-剪力墻結構中應用廣泛，要將上面的剪力墻變成下部框架，這樣能形成一個很大的內部自由空間。

其次，上、下層的柱網、軸線改變。轉換層上、下的結構形式沒有改變，但是通過轉換層使下層柱的柱距擴大，形成大柱網，并常用于外框筒的下層，形成較大的入口。

最后，結構形式及軸線都發生改變。也就是將上部樓層的剪力墻結構變成框架結構并且使柱網軸線和上部樓層軸線錯開，這樣便能夠使上下結構不對齊。

二、設計高層建筑的梁式轉換層結構

2.1 科學設計轉換梁的截面

在設計轉換梁的結構時一定要將其受力性能及轉換層形式作為重要依據。第一，設計好托柱轉換梁截面。若轉換梁上部承載的是普通框架，則在轉換梁的常用尺寸區域內，轉換梁的受力與普通梁幾乎是一致的，一般會按普通梁的截面設計方法來計算配筋。如果轉換梁需要承托上面的斜桿框架，則轉換梁還要承受軸向拉力，所以要依據偏心受拉構件來開展截面設計工作。第二，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。

（一）轉換層結構的構件設計

除了轉換層的剛度常常會在轉換層周圍出現突變，其豎向抗側力構件的連續性也經常得不到保障，這常常會使結構的傳力（豎向傳力以及水平傳力）途徑在轉換層及其周圍產生突變，萬一再受到強震的影響，則這一區域會變得十分的薄弱。所以，進行抗震設計工作時，不僅要將轉換層的上下剛度控制在合理的范圍內，還必須使用科學的方法，對轉換層和其周圍的結構構件（主要有轉換柱、轉換梁、落地墻、轉換層上下的兩層樓板）進行加強，這樣才能確保水平剪力傳遞的有效性，并使結構底層在較大的地震中也有很大的延性。

（二）分析計算轉換層

結束整體的計算工作后，就要使用平面有限元計算軟件來對局部應力進行計算。在局部分析計算的過程中，必須要考慮轉換結構的上下樓層與局部計算模型是否相符，還要考慮其對樓層樓蓋平面內剛度的影響，并且要觀察轉換層結構的三維空間盒子效應，結合實際狀況準確的計算出模型。礦支剪力墻的計算難度很高，要使用很多根柱將上部與下部連接起來，若連接不夠科學則會出現極大的計算誤差。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。計算時宜在上部剪力墻肢與下部轉換柱之間均設轉換梁，墻肢與轉換梁相連接。

（三）設計轉換大梁

梁式轉換層設計構造的相關規定：第一，要使用轉換層樓板把上層結構的水平剪力傳遞到下層抗剪結構，它既要承受平面內剪力又需承受豎向荷載，所以必須保證樓板由較高的強度和剛度。第二，轉換層大量主要是承受上部剪力墻或柱傳遞下來的荷載，其受力很大，對于結構的抗震性能有著很大的影響。所以，必須科學、認真的進行轉換大梁設計工作。

（四）設計框支梁

剪壓比通常是由截面尺寸控制的，其寬度要超過上墻厚的2倍，并且不小于400mm，轉換梁的高度也應超出跨度的1/8，工程轉換梁的寬度一般都為80cm。轉換梁要承受很大的力，除了要傳遞上下層之間的荷載，還對框支剪力墻的抗震性能有著很大的影響，所以在設計時必須有很多的安全儲備。二級抗震等級的轉換梁縱筋配筋率大于0.4%。轉換梁在滿足計算要求下，配筋率大于0.8%。轉換梁一般為偏心受拉構件，梁中有軸力存在，因而應配置足夠數量的腰筋。。

（五）對轉換層進行抗震設計

高層建筑結構中由于設置了轉換層，就會使建筑物高度方向剛度的均勻性降低，轉換層結構豎向承載力構件的不連續、墻或者柱截面的改變也會使傳力路線發生改變，所以轉換結構的抗震性能也會影響。要想提高設計的安全性，就要求部分框支剪力墻結構轉換層的位置在3層或3層以上，其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級宜按《高規》的規定提高一級采用，己經為特一級時不再提高”，提高相關構件的抗震構造措施，而對于底部帶轉換層的框架，核心筒結構和外圍為密柱框架的筒中筒結構的抗震等級不必提高。對轉換層的轉換構件水平地震作用的計算內力需調整增大。

（六）托墻形式轉換梁截面設計

若轉換梁承托上部墻體跨不開洞，則轉換梁和上部墻體應同步工作，它的受力特征和破壞形態也體現為深梁，這時進行轉換梁截面設計工作時，就要使用深梁截面設計法或者是應力截面設計法，并且要計算出的縱向鋼筋也應合理的分布。這時轉換梁跨中的很大區域內都有很大的內力，所以底部的縱向鋼筋不能截斷或者彎起，要徹底伸進支座。若轉換梁所承托的墻體是小墻肢，則要按照普通梁的截面設計方式來計算配筋。

（七）樓板

上層結構的水平剪力必須借助轉換層才能傳遞到下部結構，轉換層樓面在其平面內的受力非常大，會使樓板產生明顯的變形，所以必須對轉換層樓面進行加厚處理，一般要使用厚度超過180mm的現澆板，以便于轉換層在其平面內完成剪力重分配，并且轉換大梁的側向剛度及抗扭能力也會有很大的提高，還能夠使實際狀況與整體計算中樓層剛度無限大的基本假定相符。要保證混凝土的強度大于等于C30，還要使用雙向雙排鋼筋網，各排鋼筋的配筋率也應超出0.25%。轉換樓板上一般不設置太大的開洞，一般會在洞口四周設計次梁或者暗梁，樓板開洞區域應遠離外側邊。需要在大空間區域設置電梯、樓梯間時，必須使用鋼筋混凝土作為筒體。

三、結語

總之，在高層建筑工程的施工中，必須結合建筑平面及其功能來確定轉換層的形式，還要科學的確定建筑的抗震級別，這時轉換層設計的重點工作。要根據結構布置來確定各個部分的抗震等級，使用抗震延性較好的構件并對主要構件開展加強工作。若高層建筑內部帶有梁式轉換層，則轉換層就是結構設計的重中之重，設計期間還應將各個方案進行對比，以選出最科學、可行的工作方案。

參考文獻：

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