高層建筑梁式轉換層的設計

陳雁

（貴州省城鄉規劃設計研究院 貴州 貴陽 550000）

高層建筑梁式轉換層的設計

陳雁

（貴州省城鄉規劃設計研究院 貴州 貴陽 550000）

高層建筑中，轉換層采用梁式轉換應用較為廣泛。梁式轉換結構設計時應選擇合理的結構體系及其結構布置方案，對于高層建筑的扭轉、剛度及其局部墻體穩定性應在加強概念設計，優化結構平面布置，以縮小結構計算過程中模型調整周期。合理布置梁式轉換結構上部剪力墻，避免短肢墻體出現，增加底部落地剪力墻墻體厚度，確保一定數量剪力墻落地以保證豎向剛度的連續。本文結合具體工程實例，重點就高層建筑梁式轉換層的設計進行了研究。

高層建筑；梁式轉換層；設計分析

引言

目前，高層建筑的功能趨于多樣化、綜合化和全面化，上部為小開間的民用住宅，下部集購物、餐飲、娛樂及停車為一體的城市綜合體發展較快。因建筑的使用功能不同，空間劃分不同，需要設置轉換層來實現上下柱網不同、開間不同、結構不同的轉換。在結構設計中，應針對建筑的平面及功能需要合理選擇轉換型式，正確確定建筑抗震類別，正確選擇各部分的抗震等級，注重結構構件的延性設計，對主要構件進行加強，使之完美的與建筑的功能需要相結合。

1　建筑結構設計中的轉換層設計原則

建筑結構設計中的轉換層主要起到承上啟下的作用，帶轉換層的結構屬于豎向不規則的結構，與規范要求的高層建筑的側向剛度宜下大上下，避免剛度突變相悖。因而在結構設計中要強化下部，弱化上部，合理的解決豎向結構的突變性轉化和平面的連續性變化，避免建筑資源的浪費，其在設計過程中應遵循以下設計原則：

①在轉換層設計過程中應盡量減少結構轉換的豎向構件，應盡可能的多采用直接接地的構件，其能有效避免建筑剛度的減小，對建筑物抗震性能的提升有著重要的作用。②轉換層的設計位置不宜偏高，應盡可能的靠近底層位置，主要是由于建筑框支剪力墻結構的傳力途徑以及剛度發生變化時會直接造成轉換層成為薄弱層，很大程度上降低了建筑物的抗震性能。③在進行轉換層的設計時應注意傳力路徑的明確性，避免二次以上的轉換，并且確保轉換層的剛度。由于轉換層結構本身起到的是結構轉換作用，所以應保持其自身的受力平衡性。④要對落地剪力墻以及框支剪力墻的比例進行綜合考慮，調整落地剪力墻，以解決上部墻體超筋和軸壓比超規范的問題。⑤轉換梁不僅會產生彎矩和剪力，還會產生較大的軸力，這個軸力不容忽視，應在特殊構件定義中將轉換層定義為彈性膜，在建筑層高允許的情況下適當加高轉換梁的高度。

2　工程概況

該工程位于貴陽市，為一高層建筑。其地下一層為車庫，層高5.4m；地上一、二層為商業，地上一層層高4.2m，二層層高為5.4m；3層以上為住宅，層高2.9m，地上31層，總高93.7m，建筑結構的安全等級為二級，位于Ⅵ度抗震設防區，地震加速度為0.05g，Ⅱ類場地土，地震分組為一組，粗糙度為C類，基本風壓為0.3kN/m2。為滿足建筑底部商業功能需求，結構方案選擇底部框架-剪力墻，上部剪力墻的結構形式，即框支—剪力墻結構。框支框架抗震等級為二級，框支柱抗震等級為二級，底部加強部位剪力墻抗震等級為二級。非底部加強部位剪力墻抗震等級為三級。結構布置詳圖1。

圖1

3　結構計算

梁式轉換層結構設計是整個建筑結構設計中比較重要的一個部分，對整個建筑結構的安全性和實用性有著重要的影響。因此，在對梁式轉換層結構進行設計的過程中，為了保證梁式轉換層結構設計的合理性和準確性，一定要對相關數據進行嚴格計算。根據建筑物的實際受力變形狀態構建計算模型的時候，應該通過三維空間的整體結構對模型進行整體分析，應用有限元的方法來對轉換結構實施局部的補充和計算，務必確保設計計算的準確性。

本項目采用傳統的空間有限元軟件SATWE進行分析計算。根據項目方案階段上部剪力墻的布置方案，首先布置框支柱，并根據建筑高度和框支柱柱跨預估轉換梁截面，建立整體結構模型經由SATWE整體分析計算，根據規范驗算梁端梁截面的抗剪能力（即V≤0.18fcbh0）。通過試算本項目框支框架相關梁跨、梁柱截面為：轉換層所在層層高5.4m，最大梁跨7.8m，基于梁寬大于墻寬、梁高大于1/8梁跨的要求，轉換梁截面選擇為800mm× 1900mm，另根據軸壓比0.7的限值，框支柱最大選用截面為1200mm×1200mm。在高層建筑結構計算過程中尚需要考慮扭轉偶聯效應及模擬施工加載，通過對比計算分析，采用施工模擬加載3的配筋，對于部分不合理配筋結果進行人工校核。此外對于結構層間位移角、位移比、周期比以及底部剪力墻分擔地震剪力的大小均可以由SATWE整體分析得出，結合《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）、《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）兩本規范調整以達到規范要求（如表1）。

4　構造措施

概念設計對于確保整體結構的安全可靠性具有重要作用，采取合理必要的結構構造措施是進行抗震設防的有效途徑與方法，因此本工程采用了以下構造措施：

（1）轉換結構在設計過程中，控制剛度突變是結構設計的首要目的，根據規范要求，轉換層與其相鄰上層的側向剛度不應小于0.6，故在結構設計時本項目底部三層剪力墻厚度取400mm，3層以上為250～200mm；底部加強部位混凝土等級C45，4層以上C40～C30。為使建筑剛心與質心接近重合，在建筑物周邊增設部分落地剪力墻，與剛度較大的核心筒相協調，減少整體結構的偏心進而降低結構的扭轉效應，增加了底部框支框架的剛度，確保整體結構的剛度比滿足限值要求。

表1　計算結果

（2）為保證剛度的變化能順利的傳遞和轉變，避免框支樓蓋頂部發生剛度急劇突變，轉換層樓板厚度取值180mm，確保樓板的平面內外剛度，加強樓板與轉換梁的協同工作能力，使得水平荷載能夠有效的傳遞，此外轉換層樓板采用雙層雙向配筋，控制單一方向配筋率不低于0.25%，增加結構的整體性。

（3）剪力墻在布置時宜增大墻肢長度，降低轉換梁跨中荷載，減小跨中彎矩進而縮小梁高及配筋。墻體類型盡量少采用一字形，宜以L形、T形、C形為主。

（4）轉換層上部少采用短肢剪力墻，因短肢剪力墻抗震等級比普通剪力墻抗震等級高，抗震措施要求更嚴格，短肢剪力墻抗側能力不及普通剪力墻。

5　結束語

梁式轉換層在高層建筑施工中發揮著主要作用，可提高建筑工程的建設指標，滿足現代建筑不同功能組合的要求。梁式轉換層在所有轉換層結構中，屬于效益明顯的一類。設計單位應采取積極措施改善其抗震性能，盡量不要采取高位轉換，因轉換層以下層數越多建筑的抗震性能越不好，結構重心上移、剛心上移，不利于抗震優化設計。

[1]馬亮.淺談梁式轉換層的結構設計[J].山西建筑，2011（09）：89～91.

[2]黃志勇.論某高層建筑梁式轉換層結構設計[J].廣東科技，2012（06）：90～92.

[3]曾秋寧.淺談高層建筑梁式轉換層結構的設計[J].廣西城鎮建設，2012（07）：112.

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1673-0038（2015）36-0064-02

2015-8-19