梁式转换层在高层建筑结构设计中的应用

梁式转换层在高层建筑结构设计中的应用

王宏伟

王宏伟

黑龙江省宾县建筑设计院

【摘要】现代城市建设中，基本上都是高层建筑建设，而且高程建筑的规模越来越大，功能也越来越齐全。因为高层建筑结构上部并不需要承受过大的压力，通常情况下，结构布置应该是楼层下部刚度大，墙体也比较厚，而上部则正好相反，这样的设计便于扩大柱网。因为结构布置与空间功能相反，所以需要设计转换层，保证功能建筑空间正常应用。

【关键词】梁氏转换层；高层建筑结构；设计；应用

现阶段高层建筑结构设计中梁氏转换层的应用比较广泛，类型也比较多，比较常见的有箱形转换层、巨型框架转换层、梁（墙梁）式转换层等。据权威机构数据统计，梁氏转换层应用比重最高，达到了75%。也正是因为如此，很多建筑工程设计人员都比较重视梁氏转换层的设计与研究。

一、梁式转换层在高层建筑结构设计中的受力特征

高层建筑结构设计中，时常会应用到梁氏转换层结构，此种结构的受力途径比较直接，首先通过墙或者是柱子，之后经过转换梁，最终达到墙或者柱子。受力途径非常明确，十分清晰。梁氏转换层受力性能突出，安全可靠，而且整体构造并不复杂，便于施工人员进行施工，同时进行结构设计也更加容易。

大量的研究表明，转换大梁受力大小的影响因素有很多，其中上部结构形式、位置等重要的影响因素。但是转换大梁最终形成的受力状态，则主要取决于墙与转换梁弯曲程度与拱之间的相互作用。因为转换大梁位于受压边缘位置，经过压力之后，大梁就会生成轴向拉力。再加之，竖向传力拱的存在，竖向荷载通过墙体就会直接传递给转换梁，此时荷载就会变为斜向荷载，传递给转换梁。一般情况下，设计人员会将斜向荷载进行相应的分解，变为垂直荷载、水平荷载。垂直荷载通常是墙体作用下产生的荷载，在此种情况下，弯矩作用压力会计算得更加清晰。水平荷载的存在，使得转换梁跨中位置一部分区域需要承受轴向压力，而支座某一部分区域则需要承受轴向压力。

二、梁式转换层在高层建筑结构设计原则

高层建筑结构在应用梁式转换层时，必须要遵循相应的设计原则，否则转换层在地震中很容易发生倒塌。具体遵循的设计原则如下：首先，转换层中内筒结构必须完全贯通，同时依照建筑刚度需求增加强度的厚度；其次，对于框支剪力墙结构，设计人员需要进行上下贯通落地设计，同时根据刚度比来适当的增强墙体的厚度；最后，如果框支剪力墙结构形状为长矩形，为了满足抗震需求，设计人员需要适当的增加剪力墙的间距比，同时要保证楼板不能错层。设计人员只有遵循上述原则，才能够保证转换层结构承受自身压力与外部压力，尤其是能够满足抗震设计需求。设计人员如果完全按照这些设计原则进行设计，不仅能够防止梁氏转换层出现刚度突变的情况，也能够保证内力进行顺利的传递，不会发生严重的突变。同时，遵循这样的设计原则也能够使得转换层楼盖刚度能够应付剪力，以此避免框支柱由于楼盖错层也出现产生损坏。

三、梁式转换层在高层建筑结构设计中的应用实例、

工程为商住合一的高层建筑，地震设防烈度为七度，建筑高度为70.77m，地上部分工24层，一～三层为商业用房，四至二十四层为住宅；两层地下室，层高4.5m。二层商业用房部分为：底层层高4.5m，二层层高4.65m，住宅部分层高为2.8m.由于不同的用途需要不同的空间组合形式，因此除了主体中间部分（电梯间、楼梯间等公共部分）布置成落地剪力墙核心筒，其他部分均不能采用一种结构体系。必须在二层顶采用结构转换的方法过渡为另一种结构形式。

1、结构选型

结构转换层的类型很多，对于此工程来说，。梁式转换层优点主要表现为设计和施工简单，转换构件受力明确，经济合理性强。内部空间自由畅通，满足管线布置要求，在转换梁结构受力较小的部位可以开洞口，容易满足建筑对功能的要求。

2、转换层结构布置

由于上部住宅空间划分很多，所以在转换层需要设置为二次转换，即设置转换主梁和次梁；同时设置了部分短肢剪力墙以满足建筑功能要求，。

3、构造措施

首先对整体结构进行概念设计，采用必要的结构构造措施是保证抗震设防要求的重要手段。本工程采用了以下一些构造措施：

3.1加强底部框支层的刚度和延性。根据转换层结构设计原则，转换层上下结构侧向刚度比值在抗震设计时不应大于2。为了减小上下层刚度比，转换层以下及以上两层核心筒及剪力墙厚度300mm，混凝土等级C45；其余为200mm，混凝土等级C35～C25。为了保证结构有一定的抗扭刚度，满足规范对扭转比的要求，因此对结构外围位置的剪力墙适当加长，局部增设短肢剪力墙，同时减弱了内部部分剪力墙的长度，使刚心和质心尽量重合，大大提高了抗扭刚度，最终达到了扭转周期比和扭转位移比限值的要求。

3.2加强转换层楼板的刚度及延性，确保水平荷载的可靠传递，楼板厚度取为200mm，双层双向配筋，每层每方向的配筋率为0.25%，尽量不采用大降板，大大加强了整体性。

3.3短肢剪力墙尽量布置在框支柱上，避免在框支柱间设置剪力墙，墙肢可以长一些，这样大幅度降低了转换大梁的弯矩，同时也降低梁高和配筋。选用形式上尽量采用L型、T型，避免使用一字型。

3.4为加强转换层的整体协调能力，在转换层楼面上周边及内部非门洞口的地方做一些矮墙，墙高伸至窗台底面。作为一种安全储备，在计算中未考虑该段墙。

4、结构计算

对于高层结构的分析，合理选择计算软件非常重要，它直接影响结果的精度和可靠度。本工程选用以墙元模型模拟剪力墙的SATWE空间有限元软件。根据经验初步选定转换梁截面，用SATWE进行结构整体计算，得到转换梁所受设计剪力后，按照该值不大于0.15fcbh/0.85校核截面尺寸。对转换梁不仅有强度要求，也有刚度要求。本工程转换层的层高为4.45m，转换梁的最大净跨度为7.5m，大梁截面尺寸为900mm×2100mm，800mm×1800mm，600mm×1500mm。梁宽度不小于上部墙体厚度（200mm），梁高度大于梁跨度的1/6，均满足要求。根据轴压比确定框支柱主要截面尺寸：1000mm×1200mm，1100mm×1100mm，1000mm×1000mm。

另外，对于一些结构构件采取以下构造措施：框支梁的支座处及上部墙体开门洞附近剪力均较大，箍筋应加密配置；当洞口靠近梁端时，也可采用梁端加腋提高其抗剪承载力，并加密配箍；对于二次转换梁，集中荷载引起应力更加复杂，在相应梁端处增设加腋，作为抗剪的安全储备；框支层上剪力墙洞口上部的连梁，设计上要保证强剪弱弯，在连梁内充分配筋，配置交叉斜筋，保证梁内塑性绞的出现。

四、结语

综上所述，可知梁氏转换层设计并不简单，可以说是整个高层建筑结构设计的难点问题，因此需要设计人员依据高层建筑结构主体要求，设计方案，并且对方案进行不断的改进，方案会审合格之后，才能够依照方案进行施工。

参考文献：

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