高层建筑施工中梁式转换层结构设计应用探析

高层建筑施工中梁式转换层结构设计应用探析

聂雪峰

云南省农业工程研究设计院聂雪峰

摘要：本文对高层建筑梁式转换层的结构设计原理以及相关的应用进行了分析，通过本次研究我们认为，高层建筑在对梁式转换层结构进行设计的过程中需要进行充足的准备，首先要掌握扎实的理论性知识，将其运用在具体的设计中，并且还要认真对待细节设计，避免由于细节疏忽使建筑在以后的使用中出现隐患。

关键词：高层建筑；梁式转换层结构；设计

1高层建筑梁式转换层结构设计的应用

1.1高层建筑中应用钢骨混凝土转换结构的分析由于高层建筑的层数呈现逐渐增加的趋势，最少的有几十层，最多的达到上百层，因此相对应的转换构件将会承受更多层数的楼层，使得转换构件的相应尺寸变得更大，由此限制了建筑的层高以及使用空间，因此必须选择新型材料制作的转换构件，而钢骨混凝土属于新型材料，在使用过程中的效果较好。由于钢骨架运用在施工过程中使转换梁的截面尺寸大大减小，并且使转换梁的承载力和刚度有了巨大的提升，同时也提高了转换梁的抗震性能。由于采用钢骨混凝土，使施工的速度大大加快，使支模以及绑扎钢筋需要花费的时间和人力大大减少。当前，国外建筑中钢骨混凝土转换构件普遍应用在底部大空间结构中，但因为国内相关的建筑技术还不够成熟，实际工程中采用钢骨混凝土转换构件还没有普及。

1.2预应力混凝土转换层的应用

建筑中采用预应力混凝土结构具有很大的优势，包括很小的截面尺寸、使用较少的钢材和混凝土、自重比较轻等，并且具有非常大的跨度。虽然施工过程非常复杂，由此导致预应力材料成本也比较高，但是相信随着预应力技术的不断普及，以及技术的不断成熟，会使其建设成本和材料成本逐渐下降。实际应用过程中，钢骨混凝土制作的转换梁施工成本和钢筋混凝土结构没有很大的差异。目前，国内高层建筑中对预应力转换梁使用非常普遍，建筑实例为北京市人民检察院工程。

2高层建筑梁式转换层结构的设计原则

2.1降低竖向构件的使用

在设计结构转换时，要尽量降低竖向构件的使用，如果竖向构件使用过多，就会导致需要进行转换的结构变得越少，因此会使转换层结构的刚度突变逐渐变小，不利于建筑结构的抗震性能。

2.2对称设置转换柱和剪力墙

在设置转换柱和剪力墙时，要将其对称放置，梁上面安放的立柱尽量变为梁跨中，从而防止转换梁出现变形时导致立柱的柱脚出现转角较大的情况，并使立柱的柱脚出现很大幅度的变形，引起立柱剪切和弯曲，造成立柱出现比较大的内力并引起超筋。

2.3增强转换层下部主体的结构刚度

为了确保建筑物的下部整体结构具有较强的抗震、延性和刚度等性能，要增强转换层下部的主体结构，使结构具有较大的刚度，而要弱化转换层的上部结构刚度，最终使转换层上下部的结构变形和刚度相互一致。增强下部主体结构刚度的方法包括：增强混凝土的强度等级、增加转换层下部主体结构截面尺寸、增加剪力墙等。需要注意的：一是在提高侧刚度需要增设剪力墙时，需要均匀分开建筑结构的整体刚度，要使建筑质量的中心同刚度的中心能够保持一致，防止两者的中心发生偏移，最终导致建筑物的整体结构出现扭转；二是，一旦增大了简体截面的尺寸，会使简体下部结构的抗侧总刚度比重非常大，并且建筑结构在地震中会出现比较大的反应，这样一来就会增加简体需要承受的抗震荷载，因此必须重视简体的安全设计。

2.4确保转换层足够的刚度

在建筑进行结构设计过程中，必须要确保转换层具有足够的刚度，通常将梁的高度设计超出跨度的12%，才能合理分配下部构件和转换层中的内力，由于剪力墙柱和转换梁的受力性能非常好，因此对结构转换非常有利。

2.5转换层结构位置不能过高

如果转换层的位置过高，会降低转换层周围的框支剪力墙结构的内力和刚度，对抗震设计非常不利。因此在进行高位转换的时候，要控制好转换层下部框支结构的刚度，需要对轴向变形刚度、剪切刚度以及弯曲等的刚度进行综合考虑，这一措施对减少层间内力突变以及位移角都显得非常重要。与此同时，要对落地剪力墙的间距进行限制，并且要比底层框支剪力墙结构要求更加严格。

2.6全面计算转换层结构

转换层结构作为建筑整体结构中的重要组成部分，在计算具体的受力变形状态模型时，要分析建筑三维空间的整体结构，例如可以使用有限元补充和计算局部的转换结构。另外，要对转换结构以上的结构建立起局部的计算模型，并且还要注意调整计算模型的外部条件符合具体的情况。

3计算要求

3.1转换大梁的设计

建筑结构对梁式转换层的设计包括两部分：一是转换层大梁本身承受的载荷是从柱传下来的竖向荷载，并且其也是对建筑结构上部剪力墙进行负重的主要构件，由于需要承受较大的载荷，因此是建筑结构中起到抗震作用的重要部位；二是在建筑结构中上层具有的水平剪力需要通过转换层的楼板向下层的抗剪结构进行传递，所以它要承受更大的平面内剪力，同时其还承受了部分竖向荷载，因此，对建筑楼板的要求是满足必要的刚度和强度。在建筑结构的设计过程中，一方面是对三维空间进行分析，其技术要求比较高，另一方面，设计转换大梁在建筑转换层的整体设计中都具有重要意义，因此必须引起足够重视。

3.2分析转换层

在完成建筑的整体结构计算后，还要使用有限元对转换层进行平面计算，并且补充计算局部的应力。实践证明，计算框支剪力墙的过程非常复杂，原因是它下部的柱子同上部的剪力墙连接在一起，如果发生连接不当，非常容易出现计算误差。计算时可以使用对建筑空间进行分析的相关程序，它是以梁柱为基本单位，而底部框支剪力墙的受力情况，是将剪力墙作为柱的基本单位进行分析。

4转换层相关的构件设计

4.1转换柱

在设计梁式转换层结构的过程中，需要控制转换柱的轴压比，目的是为了使结构能够具有很好的延性。设计过程中主要对抗震性能进行了考虑，如果高层建筑需要满足一级抗震的要求，就要将轴压比控制为0.6，如果高层建筑需要满足二级抗震的要求，就要将轴压比控制为0.7。

4.2楼板

由于建筑本身大部分的剪力都集中在建筑下部结构，使转换层楼面受到的力非常集中。因此，需要将楼面进行加厚，这样才能使剪力获得重新分配，并且，要进行留意的是，不能对转换层的楼板开过大的洞，在开洞施工时需要在洞口的四周设置暗梁，并且开洞的部位要距离外侧边比较远，如果要求设置电梯，可以使用钢筋混凝土墙将电梯间围成一个筒体。

4.3转换梁

在对转换梁进行设计的过程中，要对转换梁的受力进行细致的考虑，由于转换梁承接了上下层的荷载，因此，在具体的设计过程中需要设计其他的承载结构，从而减少转换梁的受力程度。转换梁在受到竖向荷载时，它的梁端通常首先遭到破坏，因此需要增强转换梁的结构。

5结语

综上所述，在设计过程中，设计人员要对设计中的不足进行总结和分析，并且积极改正，总结设计经验，从而对建筑工程项目实施起到促进作用，最终使我国建筑行业取得健康发展。

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