高层建筑梁式转换层结构设计的方法张振国

高层建筑梁式转换层结构设计的方法张振国

张振国

关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计；方法

1高层建筑梁式转换层设计概述

1.1梁式转换层结构设计特点

就当前我国高层建筑中应用梁式转换层的效果来看，通过应用梁式转换层能够促使高层建筑的上下荷载力保持在一个平衡的状态之中，进而能够有效地避免由于结构发生形变而导致受力不均匀的现象，进而增加了整个结构的稳定性。此外，在设计建筑的过程中，通过在梁式转换层中增设一些管道、通道等线路能够提升整个高层建筑多功能性，为其中的用户提供暖气、水电等相关的保障措施。但是，目前我国带有国内转换层的高层建筑大多采用的都是上部剪力墙、下部框架式的结构，其框架式剪力墙的结构如图1所示。这种形式的设计还需要通过应用相关的转换构建来对高层建筑的结构内力进行重新的分配，进而来调整高层建筑的内部应力，防止其发生形变。

1.2高层建筑梁式转换层的构造特点

在高层建筑的设计过程中，转换层的应用十分普遍，其中的建筑构造形式也存在着多样性的变化，具体如图2所示。目前，在我国高层建筑转换层的设计中，梁式转换层的应用最多，板式转换层以及箱型转换层等的应用次数较低。梁式转换层由于尺寸较大、结构设计简单、便于施工等特点，在实际的建设设计当中的应用十分广泛。此外，梁式转换层在高层建筑设计应用中还有性能稳定、工程造价核算便捷以及经济效益较高等有利的特点。

1.3高层建筑梁式转换层受力特点

梁式转换层在高层建筑应用过程中主要是维持高层建筑内部稳定，使其能够受力均匀，通过上部密集小空间的竖向载荷传递到下部稀疏的大空间中。但是由于高层建筑的结构设计通常都比较复杂，所具有的功能也具有多样化的特性，从而会造成内部荷载在竖向传递的过程中出现中断的问题，进而造成建筑整体刚度发生突变的现象。这种建筑的形式在发生地震时，很容易由于下部结构的稀疏而发生坍塌及变形的事件。因此，在对高层建筑进行转换层设计时，需要针对受力均衡问题展开有效的分析与解决，由此来避免建筑结构被破坏的事故发生，尽可能地减少相关财产的损失。

2高层建筑中的转换层结构设计

2.1转换层结构的布置设计

从建筑功能方面考虑，转换层结构的布置设计通常在高层建筑的结构设计中运用转换层结构设计，建筑的底层空间结构的设计一般是大开间，上层空间结构的开间相对较小；底层梁柱的数量少，上层梁柱数量较多。这种设计不符合一般高层建筑的结构设计，会使高层建筑结构受力性能和稳定性降低。如果采用了转换层结构，但是其布置不合理，同样不会起到很好的作用。通常转换层结构布置设计过程中应注意以下问题：

（1）虽然在高层建筑中运用转换层结构，但其竖向结构是没有办法直接的连续贯通落地，这是由于每层中竖向结构分布的位置存在较大差异，只有采用相关的转换结构，才能确保上层建筑结构稳定性。这些转换结构一般为转换大梁、空腹桁架、桁架、箱形结构、斜撑及厚板等。

（2）高层建筑筒体结构的设计，如果采用转换层结构，那么内筒必须贯通落地，而且墙壁厚度必须增加，以确保筒体结构刚度和整体性。框支剪力墙结构同样需要使用剪力墙贯通落地，并增大墙壁厚度。特别是抗震结构的设计中，落地剪力墙之间的距离设计必须要严格把控，并且落地柱四周楼板不要出现错层的现象，以避免高层建筑的转换层结构下部受到破坏而达不到标准。在转换层结构设计中必须遵守规定，以确保高层建筑结构整体性和刚度，不要出现楼盖错层或者内力传递突变的现象。

（3）框支剪力墙转换层结构的上层尽量避免在梁体的周边安置边门洞，同时也不要在中柱的上方安置孔洞，以避免其剪力增大从而造成应力集中的现象，导致墙体被破坏。如果必须安置门洞，那么最好在墙体中部安置门洞，以保证结构每个部位受力均衡。

2.2转换柱设计

带转换层结构的重要构件是转换柱，受力性与普通框架差不多，但是受力很大，严重的破坏了后果。由分析实验表明，随着震强增大，落地剪力墙裂缝增大、刚度也有所降低，转换层承受的震动也比较大。因此，《高规》一文中除在对转换柱其承受力度改造之外，还对其构造筋比普通框架要求更大，增大转换柱安全性，以免影响结构的整个变形能力。《高规》一文中提到为了减少转换柱承受的剪刀力，规定了框支架与剪刀墙之间的距离，1~2层框支层小于12m，3层及3层以上小于8m，可以满足底部大空间的刚度需要，使转换层上部的剪刀能传递给下部剪刀墙。转换柱薄弱地是在与转换梁相交的位置，此处转换柱线刚度远小于转换梁的，对其约束性很大。水平的作用力下，产生很大的柱端弯矩。为结构有足够的延性保证，《高规》一文中对转换柱的轴压比进行了严格的控制，0.6以内的轴压比属于一级地震，0.6~0.7以内的轴压比属于二级抗震。在上部墙体范围内框支柱的纵向钢筋应伸入上部墙体内不少于一层，以保证上下层的连接可靠。

2.3转换层结构的抗震设计

转换层结构将高层建筑垂直方向刚度的均匀性破坏，导致高层建筑垂直方向承受力无法直接传递到持力层，从而抗震性能降低。为了提高转换层结构高层建筑整体的抗震性，在设计时必须保证转换层结构的抗震性。高位转换对抗震性能的设计及结构受力不利。水平地震作用时，倾覆力矩的分布曲线一般在转换层结构处出现转折，并且转换层结构下部主要以剪力墙为主，落地剪力墙承受的倾覆力矩经由转换层结构向下递增明显，但支撑框架倾覆力矩的递增较少。转换层结构的水平地震作用所需的计算内力较大；在Ⅷ度抗震设计时就应该考虑垂直方向的地震作用。转换结构垂直方向的地震作用可以采取动力时程分析法或反应谱法进行计算：可以近似的将转换结构在荷载标准内的内力乘以1.1；转换层结构的位于3层或3层以上时对抗震性能极为不好，内力也应该适当的提高。高层建筑的转换层结构控制轴压比与高层建筑转换层相比，更要注意轴压比，尽可能控制比率，转换层结构支柱和支梁在内交角地方应力突出，鉴于受到垂直及水平负载的影响，在相对的条件下，柱子横截面、剪力、弯矩较小，轴压力上的承受力则主要由框支柱支撑，其转换层结构上面墙体垂直和水平负载通常可以借助板平面进而传递到落地剪力墙，所以必须严格的控制框支柱轴压比率。

2.4落地剪力墙设计

对于落地剪力墙的承担力要严格要求，使其的承担地震倾覆力矩要不小于结构总地震倾覆力矩的50%。对于落地剪力墙的洞口，也要严格布置，一般要布置在墙体的中部。对于落地剪力墙的间距也是需要关注的重点，其要求是：非抗震时最好不要大于3B和36m；在抗震设计的时候，如果底部框支层是1~2层的话，最好要小于或等于2B和24m；如果底部框支层是3层或者3层以上的时候，就最好是大于1.5B和20m。

结束语

在高层建筑结构设计的过程中，通过应用梁式转换层能够有效地提升整个工程的项目建设效果，由此来提升整个高层建筑的稳定性。此外，通过应用梁式转换层还能够在相关的成本造价、费用方面有一定程度的提升。因此，在高层建筑设计的过程中可以通过应用梁式转换层来保证整个建筑工程设计的稳定性，同时还能够对相关设计、施工单位的操作进行有效的控制，从而避免产生相关的问题及困难，最终做到优化高层建筑设计，提升整个工程的结构。

参考文献

[1]丁瑜婷.建筑转换层结构的设计问题分析[J].江西建材.2016(14).

[2]张伽华.浅析建筑转换层结构在设计中的若干问题[J].建筑设计管理.2016(06).

[3]简羽.建筑转换层结构的设计问题分析[J].绿色环保建材.2016(02).