高层建筑梁式转换层结构的设计剖析

王陆军

【摘要】我国自实行改革开放政策以来，社会经济有了飞速的发展进步，人们对于高层建筑的要求也越来越高。一般情况下，高层建筑下部应有足够的灵活空间，少墙体，但上部则应有较多墙体来满足人们的居住需求。本文对高层建筑梁式转换层结构展开了深入的分析。

【关键词】高层建筑；梁式转换层；结构设计

进行高层建筑的设计工作时，一般要在其底部设置成大空间，其上部标准层通常都是小开间，这便会使其上部的承重结构无法直接落地，必须开展结构转换工作。使用的转换构件一般有：梁、桁架、空腹桁架、箱型结构、斜撑、厚板等。结构转换层常见的有梁式转换和板式转换两种类型。梁式转换结构，受力比较直接明确，是目前得到广泛应用的转换结构形式。而板式转换结构的受力以及传力方式都很复杂，很难确定，所以只有在其上下部结构不够协调，不能使用梁式转换结构时才用。

一、建筑的转换层

建筑的转换层按照功能结构差异可分成下述三种：

首先，上层与下层结构的转换。一般在剪力墙结构、框架-剪力墙结构中应用广泛，要将上面的剪力墙变成下部框架，这样能形成一个很大的内部自由空间。

其次，上、下层的柱网、轴线改变。转换层上、下的结构形式没有改变，但是通过转换层使下层柱的柱距扩大，形成大柱网，并常用于外框筒的下层，形成较大的入口。

最后，结构形式及轴线都发生改变。也就是将上部楼层的剪力墙结构变成框架结构并且使柱网轴线和上部楼层轴线错开，这样便能够使上下结构不对齐。

二、设计高层建筑的梁式转换层结构

2.1 科学设计转换梁的截面

在设计转换梁的结构时一定要将其受力性能及转换层形式作为重要依据。第一，设计好托柱转换梁截面。若转换梁上部承载的是普通框架，则在转换梁的常用尺寸区域内，转换梁的受力与普通梁几乎是一致的，一般会按普通梁的截面设计方法来计算配筋。如果转换梁需要承托上面的斜杆框架，则转换梁还要承受轴向拉力，所以要依据偏心受拉构件来开展截面设计工作。第二，托墙形式转换梁截面设计。当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。

（一）转换层结构的构件设计

除了转换层的刚度常常会在转换层周围出现突变，其竖向抗侧力构件的连续性也经常得不到保障，这常常会使结构的传力（竖向传力以及水平传力）途径在转换层及其周围产生突变，万一再受到强震的影响，则这一区域会变得十分的薄弱。所以，进行抗震设计工作时，不仅要将转换层的上下刚度控制在合理的范围内，还必须使用科学的方法，对转换层和其周围的结构构件（主要有转换柱、转换梁、落地墙、转换层上下的两层楼板）进行加强，这样才能确保水平剪力传递的有效性，并使结构底层在较大的地震中也有很大的延性。

（二）分析计算转换层

结束整体的计算工作后，就要使用平面有限元计算软件来对局部应力进行计算。在局部分析计算的过程中，必须要考虑转换结构的上下楼层与局部计算模型是否相符，还要考虑其对楼层楼盖平面内刚度的影响，并且要观察转换层结构的三维空间盒子效应，结合实际状况准确的计算出模型。矿支剪力墙的计算难度很高，要使用很多根柱将上部与下部连接起来，若连接不够科学则会出现极大的计算误差。空间分析程序是以梁柱为基本单元，而分析底部框支剪力墙时，剪力墙作为柱单元考虑。计算时宜在上部剪力墙肢与下部转换柱之间均设转换梁，墙肢与转换梁相连接。

（三）设计转换大梁

梁式转换层设计构造的相关规定：第一，要使用转换层楼板把上层结构的水平剪力传递到下层抗剪结构，它既要承受平面内剪力又需承受竖向荷载，所以必须保证楼板由较高的强度和刚度。第二，转换层大量主要是承受上部剪力墙或柱传递下来的荷载，其受力很大，对于结构的抗震性能有着很大的影响。所以，必须科学、认真的进行转换大梁设计工作。

（四）设计框支梁

剪压比通常是由截面尺寸控制的，其宽度要超过上墙厚的2倍，并且不小于400mm，转换梁的高度也应超出跨度的1/8，工程转换梁的宽度一般都为80cm。转换梁要承受很大的力，除了要传递上下层之间的荷载，还对框支剪力墙的抗震性能有着很大的影响，所以在设计时必须有很多的安全储备。二级抗震等级的转换梁纵筋配筋率大于0.4%。转换梁在满足计算要求下，配筋率大于0.8%。转换梁一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，因而应配置足够数量的腰筋。。

（五）对转换层进行抗震设计

高层建筑结构中由于设置了转换层，就会使建筑物高度方向刚度的均匀性降低，转换层结构竖向承载力构件的不连续、墙或者柱截面的改变也会使传力路线发生改变，所以转换结构的抗震性能也会影响。要想提高设计的安全性，就要求部分框支剪力墙结构转换层的位置在3层或3层以上，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按《高规》的规定提高一级采用，己经为特一级时不再提高”，提高相关构件的抗震构造措施，而对于底部带转换层的框架，核心筒结构和外围为密柱框架的筒中筒结构的抗震等级不必提高。对转换层的转换构件水平地震作用的计算内力需调整增大。

（六）托墙形式转换梁截面设计

若转换梁承托上部墙体跨不开洞，则转换梁和上部墙体应同步工作，它的受力特征和破坏形态也体现为深梁，这时进行转换梁截面设计工作时，就要使用深梁截面设计法或者是应力截面设计法，并且要计算出的纵向钢筋也应合理的分布。这时转换梁跨中的很大区域内都有很大的内力，所以底部的纵向钢筋不能截断或者弯起，要彻底伸进支座。若转换梁所承托的墙体是小墙肢，则要按照普通梁的截面设计方式来计算配筋。

（七）楼板

上层结构的水平剪力必须借助转换层才能传递到下部结构，转换层楼面在其平面内的受力非常大，会使楼板产生明显的变形，所以必须对转换层楼面进行加厚处理，一般要使用厚度超过180mm的现浇板，以便于转换层在其平面内完成剪力重分配，并且转换大梁的侧向刚度及抗扭能力也会有很大的提高，还能够使实际状况与整体计算中楼层刚度无限大的基本假定相符。要保证混凝土的强度大于等于C30，还要使用双向双排钢筋网，各排钢筋的配筋率也应超出0.25%。转换楼板上一般不设置太大的开洞，一般会在洞口四周设计次梁或者暗梁，楼板开洞区域应远离外侧边。需要在大空间区域设置电梯、楼梯间时，必须使用钢筋混凝土作为筒体。

三、结语

总之，在高层建筑工程的施工中，必须结合建筑平面及其功能来确定转换层的形式，还要科学的确定建筑的抗震级别，这时转换层设计的重点工作。要根据结构布置来确定各个部分的抗震等级，使用抗震延性较好的构件并对主要构件开展加强工作。若高层建筑内部带有梁式转换层，则转换层就是结构设计的重中之重，设计期间还应将各个方案进行对比，以选出最科学、可行的工作方案。

参考文献：

[1] 黄志珍.高层建筑梁式转换层结构设计探讨[J].广东建材. 2007（08）

[2] 黄志勇.论某高层建筑梁式转换层结构设计[J].广东科技. 2009（06）

[3] 彭昕.梁式轉换层结构设计分析[J].民营科技. 2011（01）