论述梁式转换层的高层建筑结构设计

论述梁式转换层的高层建筑结构设计

关雪涛

广东博亚建筑设计有限公司

摘要：随着我国社会经济持续不断发展，人们的生活质量及水平也随之得到极大程度的提升与发展。对相关建筑物的结构设计及要求也在不断增加，以此满足人们在日常生活中对停车及购物等方面的要求。很多的高层建筑采用梁式转换层的结构来进行设计与规划，提升整个高层建筑的实用性，为人们的生活提供更多便捷。

关键词：梁式转换层；高层建筑；结构设计

引言

在转换结构中，梁式转换结构是最为常见的一种。随着城市化进程不断加快，高层建筑物的数量在持续增加。在高层建筑物中，梁式转换层具有承上启下的作用，在设计过程中需要与上部结构中的竖向载荷相结合，通过进行科学合理的设计与规划来减少结构突变及应力集中的现象产生，保障整个结构的连续性及受力的平稳性。

一、带梁式转换层的高层建筑结构

在高层建筑设计中，为满足建筑使用功能需要，在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件不能直接连续贯通落地时，需设置结构转换层，在结构转换层布置转换结构构件，称此结构为带转换层的复杂高层建筑。目前在工程中应用转换层的主要结构形式有：梁式、厚板、箱形、巨型框架等。梁式转换层设计与施工简单，受力明确，转换梁可沿纵向或横向平行布置当需要纵、横向同时转换时，可采用双向梁的布置，广泛应用于底部大空间剪力墙结构体系中。但其转换梁的跨度较大时，其对转换梁的截面要求也随之增大，引起质量与抗侧刚度的增大。因此，其对地震反应也会较剧烈。

二、高层建筑梁式转换层结构的设计

2.1转换层结构的构件设计

在抗震设计中，除了控制转换层上下刚度比外，还应采用措施，加强转换层及附近层结构构件包括转换柱、转换梁、落地墙、转换层上下各两层楼板等构件，以保证水平剪力的有效传递与结构底层在强震下有足够的延性。

2.2转换梁的截面设计方法

①托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁的受力基本与普通梁相同，可按普通梁截面设计方法进行配筋计算。当转换粱承托上部斜杆框架时，转换梁将承受轴向拉力，此时应按偏心受拉构件进行截面设计。②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。

2.3转换梁设计要点

（1）转换梁与转换柱截面中线宜重合。（2）转换梁截面高度不宜小于计算跨度的1/8。框支梁截面宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，且不宜小于其上墙体截面厚度的2倍与400mm的较大值。（3）托柱转换梁应沿腹板高度配置腰筋，其直径不宜小于12mm，间距不宜大于200mm。（4）转换梁纵向钢筋接头宜采用机械连接，同一连接区段内接头钢筋截面面积不宜超过全部纵筋截面面积的50%，接头位置应避开上部墙体开洞部位、梁上托柱部位及受力较大部位。（5）转换梁不宜开洞。若必须开洞时，洞口边离开支座柱边的距离不宜小于梁截面高度；被洞口削弱的截面应进行承载力计算，因开洞形成的上、下弦杆应加强纵向钢筋与抗剪箍筋的配置。（6）托柱转换梁在转换层宜在托柱位置设置正交方向的框架梁或楼面梁。

2.4转换梁的计算要求

（1）转换梁的承载力一般是由斜截面受剪承载力控制。斜截面受剪承载力主要由混凝土与箍筋承担，梁水平腰筋也能承担一部分剪力，但一般不参与计算，而是作为安全储备使用。适当提高转换梁的水平腰筋不仅能减少裂缝的产生，还能加大其受剪承载力。（2）转换梁的正截面受弯承载力计算与普通梁相同。（3）由于上部荷载作用点或荷载作用线经常与梁截面中心线不重合，使转换梁产生扭矩，而梁的抗扭承载力较低，因此设计时不仅要通过计算来确定抗扭承载力是否能满足，还应在开始设计时尽量使两者重合。

2.5落地剪力墙设计要点

（1）落地剪力墙承担的地震倾覆力矩应大于结构总地震倾覆力矩的50%；（2）落地剪力墙洞口宜布置在墙体的中部；（3）落地剪力墙的间距：非抗震时不宜大于3B与36m；抗震设计时，当底部框支层为1～2层时，不宜大于2B与24m；当底部框支层为3层及3层以上时，不宜小于1.5B与20m；B为落地墙之间楼盖的平均宽度。

2.6转换层及其相邻楼层楼板的设计要点

（1）转换层楼板厚度不宜小于180mm，应双层双向布置，且每层每方向的配筋率不宜小于0.25%，落地剪力墙外围楼板不宜开洞。（2）与转换层相邻楼层的楼板也应适当加强。

2.7转换层的抗震设计

为保证设计的安全性，规定“部分框支剪力墙结构转换层的位置设置在3层及3层以上时，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，己为特一级时不再提高”，提高相关构件的抗震构造措施，而对底部带转换层的框架，核心筒结构与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。在8度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。

2.8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，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。此时转换梁跨中较大范围内的内力较大，故底部纵向钢筋不宜截断与弯起，应全部伸入支座。当转换梁承托上部墙体为小墙肢时，转换梁基本上可按普通梁的截面设计方法进行配筋计算，纵向钢筋可按普通梁集中布置在转换梁的底部。

2.9楼板

由于结构上部的水平剪力要通过转换层传到下部结构，转换层楼面在其平面内受力很大，楼板变形显著，因此要适当加厚转换层楼面，建议采用厚度不小于180mm的现浇板，有利于转换层在其平面内进行剪力重分配，并加强转换大梁的侧向刚度与抗扭能力，也可使实际情况更符合结构整体计算中楼层刚度无限大的基本假定。混凝土强度不小于C30，并采用双向双排钢筋网，每排钢筋的配筋率不小于0.25%，转换层楼板不宜有大的开洞，当开洞时应在洞口四周设置次梁或暗梁，楼板开洞位置尽可能远离外侧边，与转换层相近的楼板也应加强。若必须在大空间部分设置楼、电梯间时，应用钢筋混凝土墙围成筒体。

结束语

在进行高层建筑梁式转换层结构设计时，要概念明确，思路清晰，计算分析各种转换层结构时，应选用适宜的平面或空间有限元程序，以减少工作量，提高效率，对某些结果的调整也变得更理想。普通梁承载力计算、受力性能及构造与转换梁有较大差异，在转换梁设计中应谨慎对待，保证结构使用安全。

参考文献

[1]曲岩岩.高层建筑梁式转换层结构设计分析[J].科技创新导报.2010（8）.

[2]张明武.高层综合楼梁式转换层结构设计分析与探讨[J].四川建材.2011（5）.