建筑結構設計中的梁式轉換層結構設計分析

何超

摘要：近年來，隨著建筑行業的快速發展，以及城鎮化進程的加快，越來越多高層建筑出現，但是高層建筑對技術要求很高，傳統的建筑結構設計技術已經無法滿足高層建筑功能的需要。為此，采用梁式轉換層結構可以提升高層建筑功能轉化效率，是一種專門應用于高層建筑工程結構設計中的形式。

關鍵詞：建筑結構設計;梁式轉換層;結構設計分析

1轉換層的類型和特點

轉換層可以根據建筑的功能分為以下幾種結構：第一種，梁式轉換層，該結構主要被用在底部大空間的框架剪力墻結構中，能夠將上部剪力墻轉換為下部框架結構，從而形成不落地的剪力墻。在需要橫縱向同時轉換時應采用雙向梁布置，該結構的設計施工相對簡單且傳力結構明確，在實際建筑結構設計中得到了廣泛的應用。第二種，箱式轉換層，該結構主要被應用在轉換梁截面較大的情況中，在轉換梁的梁頂和梁底部同時設置一層樓板形成一個箱形梁，該結構可以全層轉換布置，具有約束性強、剛度大、整體效果好、上下部結構均勻的優勢，但是該結構需要開大量的設備洞，施工相對復雜且總體成本較大。第三種，厚板式轉換層，該結構主要被應用在上下柱網錯位較多且無法用梁體直接承托的情況下，板式轉換層的厚度可以結合柱網的實際尺寸和上下部結構的荷載情況來確定，該結構具有下部柱網布置較為靈活、厚板剛度較大、整體性好、施工簡便的優勢，但由于厚板自身有較大的重力，地震作用大容易在地震時產生自我破壞，且對材料的用量較大，整體成本較多。

2梁式轉換層的結構形式研究

轉換結構不僅受建筑物的受力形式、上部結構的大小和形式的影響，還受轉換梁的位置和上下樓層剛度的影響。在分析轉換梁的結構形式，根據跨度、功能和墻形式可分為以下類型：①根據不同轉換層的跨度數量，可以分為單跨，雙跨和多跨結構;②根據轉換梁的功能不同，可將其細分為支撐墻和支撐柱結構;③根據轉換層上部形式的不同，可將其細分為滿跨和不滿跨兩種形式，同時還包含開洞、不開洞等諸多的結構形式。

3建筑結構設計中的梁式轉換層結構設計

3.1框支柱設計

軸壓比和剪壓比決定了框支柱的截面尺寸，為了使框支柱有更高的延性就必須控制軸壓比。對于建筑工程的框支柱而言，其抗震等級是一級，所以軸壓比的設置不能超過0.6。其次，柱截面的延性還和配箍率有很大的關系，所以框支柱的配箍率一般比普通框架柱的大，箍筋需要加密且不能低于1.5%。在建筑工程中，對于既做框支柱又沖淡剪力墻端柱的還要求約束邊緣構件配箍特征值不可低于0.2。框支柱作為建筑工程梁式轉換層結構中的重要構件之一，必須保證其質量和安全性，所以要求每一層承受剪力的和應是基底剪力的30%左右。在計算時若樓板的剛度無限大，則需要對水平剪力進行豎向的構件剛度分配工作，該過程中要保障底部的剪力墻剛度大于框支柱的剛度，避免剪力下降等施工問題發生。在框支柱設計過程中，可以進一步強化轉換層的上下連接，避免框支柱剪力過大導致的施工問題發生。施工企業可將框支柱的上部墻體范圍中的縱筋伸入到上部墻體內，其他縱筋則應該水平錨入到轉換層的梁板中。

3.2抗震設計

轉換層位置越高，此結構的抗震性越差。因此，結構設計中需要保證轉換梁結構剛度滿足有關硬件標準，并對轉換梁材料、高度、構件等進行規范化布置，進而提升結構抗震性質。具體設計要求應包含以下內容：首先，轉換梁高度需要高于其跨度的20%，材料主要是高性能混凝土材料。其次，如果建筑底部的空間大，框支剪力墻結構層數應大于6層，依據建筑物的抗震等級科學調整轉換層高度。比如，對于9度的抗震設防烈度，不能在建筑中應用轉換層結構。最后，應用轉換結構時，對于剪力墻和轉換柱，需要依據技術規范進行施工布置，確保二者對稱性，將剪力墻布置在轉換柱中間。同時，盡量減少豎向轉換構件的應用，否則會對功能轉化效率產生影響，增加轉換構件的數量，產生一定的安全隱患。

3.3梁式轉換層結構設計注意事項

梁式轉換層結構在設計時，一定要協調好梁和梁之間的位置以及承受的壓力。只有位置合理，才會為梁式轉換層結構的安穩打下基礎。轉換層結構的安穩，才能保證建筑工程的質量。在設計梁式轉換層結構時，一定要注重轉換層結構下部結構的承受能力，下部承受的強度比較大，一定要有承受的能力。同時要注意結構墻的受力情況，一定要保證轉換層結構樓板要鋪設合理，使結構墻受力均勻，提高轉換層結構的承受強度。轉換層結構使用的材料，也要選取有抗震能力的混凝土，基本保證轉換層結構質量。梁式轉換層結構設計人員一定在設計前對建筑工程有一定的了解，并且實地勘察，這樣在設計時，才會將轉換層結構設計合理、科學。

3.4鋼管支撐架

在進行轉換梁的施工時，由于支撐系統的布置較為密集，通常采用鋼管支撐架。此外，如果轉換層上層結構的自重不強，并且施工荷載不大的情況下，也可以利用鋼管支撐架進行施工。另外，如果轉換層采用的是板式結構，施工時通常用到鋼管支撐架。具體施工期間，立桿間距通常控制在600mm×600mm之內。剪刀撐與立桿錯開布置，間距1.2m。搭設時要注意各桿件相交伸出的端頭均應大于100mm，以防桿件滑脫。扣件擰緊力矩必須控制在65～80N·m之間。對于轉換梁下為板的情況，因下層樓板不能承受每一次澆筑梁的施工荷載。因此下面鋼管架盡量增加斜撐，使傳到板的荷載向主次梁傳遞。當轉換梁剛開始搭設時，由于連墻件還未設置，為確保轉換梁的穩定性，應每間隔幾跨（多為6跨）設置一根拋撐，即用一根斜鋼管，一端用旋轉扣件連接在立桿上，另一端斜撐在地面上，起支撐的作用，直至連墻件安裝穩定后，方可根據情況拆除。

4結語

綜上所述，采用梁式轉換層結構可以使高層建筑的受力狀態更加協調。同時，由于結構在施工中的方便性，梁式轉換層在轉換層結構中得到了人們的認同，廣泛應用于高層建筑中。在建筑工程結構設計中，對于帶有轉換層結構的高程建筑，在進行梁式轉換層結構設計時會受到諸多因素的干擾而可能無法實現設計目標，所以為保證建筑結構設計和具體情況相符，應盡量遵循布置規則、均勻、對稱的原則，盡量使橫縱向布局和上下剛度靠攏，注意對特殊構件，如框支柱和框支梁的設計優化。此外，考慮到轉換層結構設計較為復雜且工程量很大，需要將概念設計和結構設計結合起來，注意在充分掌握相關原理、數據的基礎上再使用合適的設計方法來實現最優設計效果。

參考文獻：

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[2]談鑫.高層建筑梁式轉換層結構施工理論及其應用研究[J].建材與裝飾，2015（52）：85-86.

（作者單位：沈陽市華域建筑設計有限公司）