高層建筑梁式轉換層結構設計

崔鳳君

摘 要：目前在各大的城市中都存在很多高層建筑，而且不僅僅是數量的增多，建筑結構的類型也增多，而在高層建筑中，使用最廣泛的一個結構就是梁式轉換層結構。因此這個結構的受力性非常強，而且結構相對簡單，使用這種結構施工也很方便，梁式結構的設計既經濟又實惠，使用這種結構能達到節約資金的目的。本篇文章主要是探討了裝換層，并且分析了梁式轉換層的設計原則。文章的所有內容僅供參考。

關鍵詞：高層建筑；梁式轉換層；結構設計

設計梁式轉換層是建筑設計師一個比較常見的工作，尤其是在高層建筑中，其結構的設計水平，與建筑的安全有直接的影響，設計的水平與建筑的壽命是正比的關系，如果設計水平低，那么建筑的壽命就短，如果設計水平高，建筑的壽命就長。近些年來，城市建設高層建筑已經成為趨勢，而且高層建筑的發展，城市形象也越來越現代化。在提高設計水平上，梁式轉換層結構設計有一定的作用。

1 轉換層概述

1.1 轉換層的概念

建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結構（設備）類型，并通過該樓層進行結構（設備）轉換，則該樓層稱為結構（設備）轉換層。目前的高層建筑多為低層商用，上部住宿的多功能要求，在低層商用要求的大空間與上部住宿要求的多墻多柱的小空間之間，往往需要采用一定的結構形式進行轉換處理，即加設轉換層。

1.2 轉換層分類

高層建筑轉換結構一般可分為4種基本結構形式，即：梁式轉換結構（包括托梁和雙向梁格）、桁架轉換結構（包括空腹桁架）、箱型轉換結構、厚板轉換結構。

2 梁式轉換層設計的原則

2.1 在設計梁式轉換層的時候，要控制結構中的豎向構件，其中需要結構轉換的構件，使用的數量要減少，同時直接落地的構件數量要增加，這樣做主要是以免轉換層剛度發生突變，而且是將發生突變的概率降低，不僅如此，這樣還可以將建筑結構的抗震性提高，保證其抗震效果。

2.2 在對在梁式轉換層設計時，要注意轉換層的剛度，保證其剛度在合理的范圍內，建筑中的梁與梁的跨度有關，而且是有一定的比例，梁的高度一定要大于跨度，而且要超過跨度的六分之一，這樣設計是為了能夠保證轉換層內力在分配的時候，有一定的合理性，而且布置建筑構件的時候也能合理。轉換梁與建筑剪力墻柱的承受能力要強，這樣轉換層結構才能保持穩定。

2.3 在設計轉換層的時候，也要設計層的樓板，而且這一環節的設計非常重要，一些施工單位在設計的時候，會采用假設方法，假定轉換層樓板的剛度一直在增大，如果剛度在加大，那么建筑剪力墻以及建筑框支柱的位移程度也要與樓板的剛度想協調，根據樓板剛度，重新分配位移。一般樓板上層的剪力的移動方向與底部的移動一致，因為樓板一直處在受力狀態，不僅僅是承受樓板的剪力，也承受著一定的荷載力。而承受兩種力的樓板就會受力變形。建筑的結構又與樓板的強度以及剛度有關，因此在選擇樓板的時候，要檢測樓板的具體承受能力。

2.4 在布置轉換層的剪力墻時，要注意其位置要與建筑中的梁柱相對稱，而且梁上立柱要設置在梁的跨中，這樣設計主要是為了在梁發生變形后，也能保證梁上立柱沒有較大變動。如果梁柱腳有轉角，那么梁就會有變形，而梁上立柱在彎曲的時候，就會有剪切力，這樣立柱的內部就有了荷載力，為了保證建筑安全，以免發生變形，讓剪力墻與梁上立柱呈對稱方式。

2.5 設計人員在設計轉換層的時候，還有對轉換層的變形情況計算，而且分析其狀態。如果條件允許，可以使用三維空間的方式，也可以使用有限元計算，從而補充建筑結構。建筑中的轉換層不同，那么使用的模型就有差別，因此在使用中，要根據實際，將模型設計的符合規定。

3 高層建筑梁式轉換層結構設計要點

3.1 轉換梁截面設計方法

在計算轉換梁截面面積的時候，采用的計算方式比較特殊，在充分考慮梁的受力能力之后，采用了正確的方式。一般建筑中轉梁的截面的形式有托柱形式以及托墻形式兩種，在設計拖住形式的梁截面時，主要考慮的是，截面的尺寸，這種形式的梁受力形式和能力與建筑中其他部位的梁相同。而設計的方法主要是看梁處的配筋。當承托轉換梁主要是斜桿框架時，梁主要是受軸向拉力的影響，這時設計人員需要考慮的就是偏心受拉構件，這樣也可以對截面進行優化。而托墻形式需要考慮的就是梁與墻體的作用，有些建筑還有深梁，因此設計的方法主要是深梁截面設計。除了使用這種設計外，還可以使用應力截面設計。通過公式，我們可以計算出鋼筋使用多的數量，然后對梁上的鋼筋合理配置。

3.2 轉換層結構的構件設計

如果是豎向的構件，在轉換層結構中容易出現突變，因此在設計構件的時候，要多加注意，同時還要考慮，豎向構件連不連續的問題，如果構件不連續，那么在轉換層以及的附近的地區，就容易出現突變。如果遇到的強震，轉換層就有了薄弱的位置，因此要將轉換層的剛度提高，同時加強構件剛度。這樣可以保證出現了強震結構依舊穩定。

3.3 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，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。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。

3.4 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。

3.5 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。由于此時轉換梁跨中較大范圍內的內力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸入支座。

結束語

高層建筑梁式轉換層結構設計是一項專業性比較強的工作，在設計的過程中，設計人員必須具有清晰的思路，還要明確相關設計概念，對不同轉換層結構進行計算與分析，還要確定平面與空間有限元程序，減少建筑工程的工作量，提高施工人員的工作效率。在優化梁式轉換層結構設計方案時，要結合梁的承載能力，還要了解梁的受力性能，轉換梁與普通梁在設計時有著較大的差異，設計人員一定要保證轉換梁結構的穩定性，這樣才能保證高層建筑使用的安全性。■

參考文獻

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