試論高層建筑梁式轉換層結構設計

覃傲煒

廣西壯族自治區建筑科學研究設計院

試論高層建筑梁式轉換層結構設計

覃傲煒

廣西壯族自治區建筑科學研究設計院

本文從結構轉換層的類型出發，介紹了梁式轉換層結構的設計原則，對高層建筑中梁式轉換的具體設計進行了分析，以供參考。

高層建筑；梁式轉換層；結構設計

前言

由于目前用地緊張，高層建筑更加受到人們的青睞。在實際的使用過程中，人們更加關注的是高層建筑的使用功能。梁式轉換層的結構設計能夠讓建筑空間更加合理的利用，在設計方面也更加的靈活多變，能夠滿足人們日常生活對建筑的需求。

1 結構轉換層的類型

高層建筑項目的建設有著各種不同的功能和需求，因此，在結構設計過程中，要充分考慮到建筑專業的要求，對不同結構轉換層類型進行優化選擇，以確保高層建筑的整體功能性。高層建筑結構轉換層的主要類型有以下兩種： (1)梁式轉換。梁式轉換層結構包括梁、桁架、箱型結構等，它的受力和傳力比較直接明確，而且結構轉換層還可以提供一定的建筑、設備利用空間，是目前應用較為廣泛的轉換結構。它的基本構成形式是主轉換梁支撐于下部主體結構的豎向構件，次轉換梁支承于主轉換梁或下部主體結構的豎向構件，主次轉換梁共同承受和依托上部結構剪力墻、框架柱; (2)板式轉換。板式轉換一般由一塊整體整澆的厚平板組成。它的受力和傳力相對比較復雜，一般只有在上下部結構明顯不協調，無法采用梁式轉換結構時才采用。而且厚板所占空間導致建筑、設備等無法利用，經濟性不夠。

2 梁式轉換層結構的設計原則

2.1 降低豎向構件的使用

在進行結構轉換的設計時，豎向構件的使用并不少見。過多豎向構件的使用會使轉換層結構的穩定性及強度漸漸變小，容易導致建筑結構的穩定性降低，不利于提高建筑結構的抗震性能，所以應合理分布豎向構件。

2.2 對稱設置轉換柱和剪力墻

在設計時，要將轉換柱和剪力墻進行對稱放置的方式。立柱的轉換會使整體結構受到影響。一般來說，對稱的結構較為穩固、不易變形，所以，對稱放置轉換柱和剪力墻是最好的選擇，可極大增強建筑的穩定性，從而達到防震的目的。

2.3 增強轉換層下部主體的結構剛度

在設計過程中應考慮采用增強下部主體結構、弱化轉換層上部剛度，使轉換層上下部之間結構變形與抵抗彈性形變的能力之間達到協調統一、相互一致的方法來保證建筑物整體結構具有較好的抗震性和較強的剛度。增強下部主體結構抵抗彈性形變的能力的主要方法存加大轉換層下部主體結構的截面面積、增加剪力墻數量、增強混凝土的強度等方法。

2.4 確保轉換層足夠的剛度

在進行建筑結構設計時，應注意調整高度和跨度的比例。合理的比例才會來確保轉換層具有足夠的剛度，這樣才可以有效地確保內力在轉換層和下部構建的合理分配，轉換梁和剪力墻柱的受力性能相對較好，才能夠對結構發揮重要的作用。

2.5 轉換層結構位置不能過高

過高的轉換層會對建筑的抗震能力大大的削弱，轉換層過高會使轉換層周圍的框支剪力墻的內力和強度大打折扣。所以在設計高位轉換的時候，為減少層間內力突變和位移角，要仔細分析軸向變形剛度、彎曲剛度、剪切剛度等來控制轉換層下部構件的剛度。除此之外，落地剪力墻之間的間距也應進行嚴格的控制，且不可小覷。

3 高層建筑中梁式轉換具體設計分析

3.1 梁式轉換層結構形式的設計分析

在實際施工的過程中，梁式轉換層的結構設計有許多種形式。但是不論哪一個形式的設計都離不開一個最基本的原理：在高層建筑中，會設置一個轉換大梁，以此來支撐上部分的結構。梁式轉換層的結構是通過剪力墻、轉換梁、轉換柱這一系列的過程傳導，經過力在這幾個位置的傳遞達到梁式轉換層的設計目的。在高層建筑中采用這種梁式轉換層結構設計能夠使各個階段的工作都能夠更加的簡單，空間設計轉換方面也更加的直觀。梁式轉換層的優點是顯而易見的，不可避免的是依然會有一些不足之處存在：如果在施工的過程中，上下軸線的位置發生錯位的情況，那么在高層建筑的結構設計中就需要增加轉換梁的數量來改變這種情況。那么采取這種做法，不可避免的就是會讓整個建筑物的空間受力變得復雜化，大大的增加了建筑施工的難度。這種情況的可以依據梁式轉換層的結構設計，結合建筑要實現的功能需求，靈活的采用不同結構形式的梁式轉換層。

3.2 高層建筑中梁式轉換層結構的受力原理

在高層建筑中，梁式轉換層是改變建筑受力分布的一種方式。梁式轉換層的設計中受力的傳導途徑是墻、梁、墻，這樣的力的傳播途徑更加的簡單直接，簡化了對力的分析、計算工作。剪力墻的剛度、轉換梁自身的剛度與轉換柱的剛度是影響轉換梁的受力情況。在相關的數據分析中顯示：在轉換梁的跨度小于等于12 米時，轉換梁所能夠承受的層數是三層，但是在實驗數據中，把承托層數調整到4 層、甚至5 層的時候再進行計算的結果，數據上存在的偏差也沒有大于5%，這些數據表明如果把成圖層數調整成4 層、5 層的時候依然是在一個可承受的范圍內。這說明在承托層處于三層到五層之間的時候，依然可以用三層的標準進行計算。從計算分析的角度上來看，在墻體具有一定的長度的時候，轉換大梁中的彎矩的作用要小得多。出現這種情況的原因主要有兩個方面。第一，轉換大梁所處的位置是在結構整體的受拉區，轉換大梁中就出現了軸向拉力；第二，因為力的作用，在轉換大梁中出現了拱這樣的傳力方式，力的作用方向由豎向的變成了斜向的作用力作用于轉換大梁中，這樣就會在支座中出現軸向壓力。

3.3 高層建筑中梁式轉換層設計的相關要求

梁式轉換層的結構設計中，需要根據建筑物的功能轉化的需求和力的傳導要求與標準，結合建筑物轉換層的設計高度，在合適的高度設置轉換層結構。高層建筑的安全性是非常重要的，所以在轉換層結構設計的過程中，要考慮到建筑物抗震的需求，嚴格控制轉換層的高度。

4 結束語

總而言之，在高層建筑梁式轉換成結構設計時，需要根據建筑的設計要求和功能要求科學地進行轉換層形式的選擇，根據各個部位抗震等級的要求，合理地對結構進行布置，以保證高層建筑的質量。

[1]才紅，寧堯，么巧亭.高層建筑梁式轉換層結構的設計論述[J].江西建材，2015(22)：27+31。

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