高層建筑梁式轉換層結構設計原理及其應用

劉子健，吳琦銳

（1遵義市建筑設計院 貴州 遵義 563000）

（2成都鐵路局貴陽工務段 貴州 貴陽 550000）

1 引言

梁式轉換層結構設計管理措施的特點需注重經濟實用、落實細節且理念創新等，并且對高層建筑工程設計中梁式轉換層結構設計的要求也更高。傳統的設計經驗與設計管理舉措已無法充分保證高層建筑工程設計中的梁式轉換層結構設計，因此，在高層建筑工程發展的過程中，就日益凸顯出設計中梁式轉換層結構設計措施應用管理工作的重要性。

2 高層建筑梁式轉換層結構設計原理

在設計建筑梁式轉換層結構時必須重視合理科學地計算結構，就整體而言提高整個結果的準確性。在實踐過程中，一般是按照受力變形情況構建求解模型，對三維空間架構特點進行全方位研究以完成計算規則。轉換結構是綜合結構中一個重要環節，出于對精確性的考慮，可使用有限元法分級求解。在具體實施過程中，一方面要對模型中的結構層數量（兩層及以上）給予重視，另一方面要注重邊界條件適應真實情況。在計算綜合結構過程中，必須利用兩種及以上的力學模型確認抗震性能，而在求解彈性時程時，處理方法宜選擇彈塑性時程。高位轉換過程中應當結合重力荷載環境計算結構。梁式轉換層是高層建筑結構的一個重要組成部分，因此，分析器內力時應當從整體出發，全面分析與研究其結構。而在綜合內力和位移求解上，處理方式可選擇三維空間和空間關系協作分析，通過兩種不同算法應用從而確保計算結果搭符要求。

為防止沿豎向剛度變化過于懸殊形成薄弱層，設計中應考慮使上、下層剛度比γ≤2°，盡量接近1。這樣的設計能保證豎向鋼度不會有太大的變化，上柱可以保持良好抗側力的性能，使整體結構受力良好，上層鋼度比可以利用如下公式進行計算。

其中：°Gi、Gi+1—第i、i°+1層混凝土剪變模量；°Ai、Ai+1—第i、i°+1層折算抗剪截面面積(°A°=°A°W°+0.12AC)°；A°W—在所計算的方向上剪力墻的全部有效截面面積；Ac—所有柱的截面面積；hi、hi+1—第i、i°+1層的層高。

3 高層建筑梁式轉換層結構設計應用

結合到具體工程項目，上部空間主要作為住宅空間，因此要結合實際情況將其結構設置為二次轉換，確保轉換主梁、次梁符合設計標準，考慮到適應建筑功能需求，還可以設置有短肢剪力墻，但是需要對其數量進行合理控制，最后獲取所需的結構類型。如圖1、2所示為梁式轉換層上下樓的結構布置圖。

圖1 二層結構平面

圖2 四層結構平面

3.1 結構類型選擇

對于結構梁式轉換層來說，在工程設計過程中必須在需求的基礎上選擇合適的類型，而本工程中，如果選擇厚板梁式轉換層會形成不利和弊端，集中體現在下面兩方面：第一，轉換厚板需要大量的混凝土和鋼材料，造價勢必會提升，并且難以有效處理厚板梁式轉換層，耗費時間精力較多；第二，由于各種作用力存在阻礙順利運算。然而選擇箱形轉換過程中能彌補上述缺陷，該轉換方式有利于確保完整的結構，上下豎向構件和上層結構部署之間不存在直接聯系。然而出于對結構設計層面的考慮，其內力分析過程十分復雜，并且梁式轉換層處理技術不夠，會嚴重阻礙施工的順利進行。所以，選擇梁式轉換層結構設計方案能達到建筑對功能的需要。

3.2 梁式轉換層結構布置

在次工程上，上部大多為住宅空間，因此把梁式轉換層設置成二次轉換更合適，既能設計達到標準，也能增設了部分短肢剪力墻以適應建筑功能的需求。如圖3所示。

圖3 梁式轉換層結構平面

3.3 計算分析結構

在計算分析建筑結構過程中，其計算選擇是否合理準確會對計算結果的可靠性與準確性產生直接的影響。在該工程中工程中主要利用有限元軟件建立模型，通過模擬工作進行，獲得實際建設工作的相關數據。結合經驗而談，第一步需先選好轉換的梁截面，然后再來用SATWE對整體結構計算，得到轉換梁承受的設計剪力后，結合到校核截面尺寸要求，在強度與剛度方面提出相應要求。結合到具體工程分析，梁式轉換層高度是4.45m，最大跨度是6.5m，大梁截面尺寸為450mm×1400mm。上部墻體的厚度要小于梁的寬度，墻體的厚度大約是200mm，梁的高工要相比于梁跨度，需要大于其1/6大才能達到標準。按照軸壓比確定框支柱主要截面尺寸：900mm×900mm。

4 結語

現今城鄉建設的步伐越來越快，在高程建筑工程設計中，設計管理以及對應的技術措施在實際中均得以運用。設計管理應用的要素之一：梁式轉換結構設計也是重中之重，至關重要。不過就現階段來看，我國高層建筑工程設計中，實施各項梁式轉換層結構設計管理措施的時候，工藝水平還是會對其有所限制，這就使得我們在時間過程中將要面臨更多的問題。工程的首要目標是其安全性，為了利于社會穩定的秩序以及社會有序發展，高層建筑工程梁式轉換層結構設計時，需要考慮到工程安全以及設計質量，這就是工程設計人員對此更加重視，更加深入探尋更新更好的應用措施。

[1] 熊進剛，吳曉莉，陳禮建，等.有梁式轉換層的高層建筑結構設計與研究[J].工業建筑，2011，31(6):34-36.

[2] 謝益人.轉換層位置及形式對復雜高層結構地震反應的影響[D].重慶:重慶大學碩士學位論文，2013，11.