探討建筑結構設計中的梁式轉換層結構設計

【摘要】梁式轉換層結構是中國普遍使用的一種在建筑工程中的轉換層結構設計。隨著人們生活條件的不斷提高，對生活的環境也有了更高的要求，為了滿足人們的需要，轉換層結構的設計開始出現在現代的建筑工程中。轉換層結構的出現，滿足了許多人們在居住環境方面的條件，使人們的生活更加便利，也是更加的舒適和多樣性。本文從梁式轉換層結構設計要遵守的原則開始著手，簡述梁式轉換層結構設計的內容并結合工程案例進行分析。

【關鍵詞】建筑結構；結構設計；梁式轉換層；設計方法

1、 引言

當前我國建筑逐漸向著綜合性、功能更多樣、更復雜的方向發展，因此在結構設計時，通常會采用更為復雜的結構形式，在不同的結構形式連接之間設置轉換層，以承受由于建筑體型復雜帶來的豎向抗側力構件、側向剛度和受剪承載力帶來的改變。在建筑中設計安裝轉換層結構，既可以保證建筑具有較大的底部凈空空間，又可以實現不同結構類型之間的轉換。為了適應上下層之間不同結構類型的轉換和不同柱網、軸網之間的過渡，以滿足建筑結構的適應性同時節省出資源空間，實現建筑的具體建筑功能。

2、梁式轉換層結構設計的作用和原則

2.1合理減少轉換層以下各層豎向構件

建筑中，轉換層以下各層豎向結構的不合理增多會影響轉換層結構性能，在梁式轉換層結構實施的過程中，可以相應的減少轉換層以下各層的豎向構件，保證建筑工程的多功能使用要求。

2.2落地剪力墻應合理布置

在建筑工程梁式轉換層結構實現過程中，部分剪力墻因建筑物功能要求，在底部必須轉換方可滿足建筑的功能性要求；各剪力墻能夠連續設置剛應盡可能連續，且落地剪力墻應根據建筑結構體系的平面布局盡可能均勻設置以使各豎向構件分擔的地震剪力相對均勻，避免應力過于集中。如直接落地的剪力墻不能滿足轉換層上下的剛度要求，仍應在相應的地方設置單獨的剪力墻，以增加轉換層以下各層的側向剛度。

2.3提高轉換層結構的剛度

轉換層作業上部被轉換構件的支托，應有足夠的剛度確保上部結構的變形協調，這樣才可以保證轉換層結構地震效應和風荷載效應下的變形滿足要求。同時轉換層下部轉換層下部的豎向結構構件須能完全承載建筑物的豎向使用荷載和水平應力，可提高轉換層下部結構的剛度同時也應具備足夠的整體承載能力，以當確保轉換結構既能滿足變形協調要求。

2.4結合實際設計轉換結構

建筑物所處工程建設場地要實地勘察，收集與建筑物相關的各種環境的數據，詳細了解了建筑物建設條件，包括地震烈度、場地類別、建筑物所處志地位置等等。結合建設方提出的建筑物使用功能要求，合理的進行建筑功能布局，既要滿足建筑物的使用功能要求，還要考慮結構應有的安全性要求以及建筑物造價的限制性指標；整體轉換和局部轉換的選擇、轉換層設置層數的選擇，均應根據建筑物的實際需求選擇設置。

3、梁式轉換層結構設計內容

3.1設計框支梁

在設計之初結構方案選型的階段，需綜合考慮框支梁的布置以及轉換層上部的豎向構件布置。只有綜合考慮轉換層上下豎向構件以及框支梁的設計，才可能設計出合理的結構體系，既能滿足結構安全要求和建筑物功能性要求，又能滿足建設方對建筑設計的造價方面的限制性指標。

3.2設計框支柱

建筑工程在設計時，必須將抗震情況考慮進去，框支柱的設置除了要滿足豎向使用荷載要求還應滿足地震應力要求，且框支柱的設置還對建筑物功能性使用空間有較大影響；所以框支柱的設置要綜合幾方面因素：1.建筑物功能性要求，這是轉換設計的最根本性目的，框支柱的設置如嚴重影響使用功能則轉換設計是不成功的，2.建筑物上部結構結構對框支梁的要求，在條件許可的情況下，宜在框支梁兩端設置框支柱，3.抗震設計對底部轉換層的剛度要求，布置框支柱時應同時布置相應的落地剪力墻，以滿足規范對轉換層上下剛度比的要求，如上部剪力墻在不影響使用功能的情況下應可能的不轉換，在落地剪力墻不能滿足結構剛度要求的情況下，應在適宜的地方設置相應的剪力墻，以保證剛度比滿足規范要求和建筑物安全要求。一般框支柱以承擔豎向應力為主，承擔水平應力及地震剪力以不大于50%為宜。

3.3設計轉換層結構樓板

轉換層上部結構變形協調要求轉換層必須在水平向擁有足夠的剛度，轉換層樓板的設置是框支梁側向剛度的重要保證，幫規范對轉換層樓板的厚度與配筋均有最低限度的要求，以確保轉換構件的變形滿足要求。但是結合實際工程，多數轉換結構設計為局部轉換或轉換層帶有一定量的裙房，此為情況的轉換層樓板厚度及其設置范圍應結合上部剪力墻的應力和轉換梁是否因建筑物功能限制有偏置等情況綜合考慮。

4、工程案例分析

某建筑工程為商業住宅合用的高層建筑，其高度為70.77m，共有24層地上樓層和2層地下室組成，其中1～3層為商業用房，4～24層為居民住房。地下室層高4.5m，商業用房層高分別為4.5m和4.65m，住宅部分層高為2.8m。在結構設計時，主體部分采用剪力墻結構，此外由于不同空間的使用要求，必須在2層的頂部設置轉換層。

4.1 轉換層結構布置

由于上部住宅空間劃分細致，所以在轉換層需要設置的部分轉換梁梁端未設置框支柱，即設置轉換主梁和次梁；同時設置了部分短肢剪力墻以滿足建筑功能要求，轉換層結構布置平面如圖1所示。

4.2 結構計算

為了計算本工程結構的轉換梁所受內力，采用了有限元軟件SATWE進行計算。計算時采用了墻元模型進行模擬，根據經驗初步選定轉換梁截面并進行整體結構的計算，從中得到轉換梁所受的設計剪力，按照規范計算公式進行截面尺寸的校核。除了強度驗算外，還有進行剛度的驗算，最終確定根據建筑轉換層的尺寸：層高為4.45m，轉換梁的最大凈跨度為7.5m，大梁截面尺寸為900×1600（mm），800×1500（mm），600×1200（mm）。另外梁的寬度和高度均滿足設計要求，再依據規范對框支柱軸壓比的限定，確定框支柱主要截面尺寸：1000×1200（mm），1100×1100（mm），1000×1000（mm）。

結語：

綜上所述，梁式轉換層結構的設計在建筑工程是有重要地位的。隨著經濟的發展，人們對建筑工程的功能要求越來越多，特別是為了集約和節約用，隨著城市化進程，城市中心區的建筑復雜的使用功能要求越來越多，根據實際使用需要，越來越多的建筑物采用轉換結構，在滿足人們多樣化的使用需要的同時，轉換結構設計在建筑設計中安全性要求亦不可忽視。建筑行業還在不斷的發展，不斷的為人們創造更好的生活條件，所以我希望在我們共同的努力下，建設更好的未來。

參考文獻：

[1]戴娜.結合案例探討梁式轉換層結構設計[J].四川建材，2011，37（4）：40-41.

[2]覃文勝.高層建筑梁式轉換層結構設計探討[J].中國高新技術企業，2010，22（28）：145-146.

[3]呂革，吳菲.談高層建筑中梁式轉換層結構設計在實際工程中的運用[J].中國新技術新產品，2012，31（12）：198-199.

[4]郭勛.探討建筑結構設計中的梁式轉換層結構設計[J].建筑工程技術與設計，2015，17（33）：161-161.

作者簡介：

苗金國（1978-），男，工程師，本科，主要從事建筑設計工作。