浅谈高层建筑梁式转换层的结构设计

浅谈高层建筑梁式转换层的结构设计

朱峰

浙江佳境规划建筑设计研究院有限公司  310000

摘要：高层建筑具有更大的空间，楼层也在不断提升，为了充分发挥出高层建筑的价值，设计者改变了建筑原本单一化的功能，很多高层建筑上部楼层被定位成居民住宅，而下半部分则支持办公与商业活动，多功能型建筑的数量也逐渐增加。下部楼层需要设置的墙体不多，同时柱网较大，而上部分刚好相反，为了转换不同楼层的差异化功能，需应用水平转换结构构件，即进行转换层施工。本文基于浅谈高层建筑梁式转换层的结构设计展开论述。

关键词：浅谈高层建筑；梁式转换层；结构设计

引言

在高层建筑中进行梁式转换层结构设计可以切实增加高层建筑的安全性以及使用寿命，有效提升高层建筑可靠性，确保建筑满足居民居住舒适性，所以，设计者在进行高层建筑设计时应着重注意梁式转换层结构设计的科学性，广泛的使用梁式转换层结构替代转换层，加快建筑受力点更替速度，提高我国建筑构造更新的速度，为提高我国高层建筑建质量提供有力保障。

1转换层的类型和特点

转换层可以根据建筑的功能分为以下几种结构：第一种，梁式转换层，该结构主要被用在底部大空间的框架剪力墙结构中，能够将上部剪力墙转换为下部框架结构，从而形成不落地的剪力墙。在需要横纵向同时转换时应采用双向梁布置，该结构的设计施工相对简单且传力结构明确，在实际建筑结构设计中得到了广泛的应用。第二种，箱式转换层，该结构主要被应用在转换梁截面较大的情况中，在转换梁的梁顶和梁底部同时设置一层楼板形成一个箱形梁，该结构可以全层转换布置，具有约束性强、刚度大、整体效果好、上下部结构均匀的优势，但是该结构需要开大量的设备洞，施工相对复杂且总体成本较大。第三种，厚板式转换层，该结构主要被应用在上下柱网错位较多且无法用梁体直接承托的情况下，板式转换层的厚度可以结合柱网的实际尺寸和上下部结构的荷载情况来确定，该结构具有下部柱网布置较为灵活、厚板刚度较大、整体性好、施工简便的优势，但由于厚板自身有较大的重力，地震作用大容易在地震时产生自我破坏，且对材料的用量较大，整体成本较多。

2高层建筑梁式转换层结构设计的主要内容

2.1  转换层上部框架设计

高层建筑梁式转换层结构设计中，转换层上部框架设计是一个重要环节，在实际设计中，应遵循强柱弱梁原则进行设计，使梁端能够产生塑性铰，以实现柱的安全储备的提高。相关试验发现，在梁式转换层之中，主要薄弱点位于和转换梁相连接的柱。转换梁上层框架的梁柱，受力比较复杂、应力也比较集中。面对这样的情况，在设计过程中，应对转换梁上层框架梁柱的实际受力情况进行仔细分析，并进行施工模拟计算。与此同时，还要科学设计柱纵向钢筋的配筋率，根据相关规范标准的要求，抗震等级分别为1级、2级、3级的时候，其配筋率分别为≥1%、≥0.8%、≥0.7%；非抗震设计或抗震等级4级的时候，配筋率为≥0.6%，并要控制钢筋间距不超过80～200mm的范围。

2.2转换梁截面设计

高层建筑转换层截面设计中，设计人员应当考虑梁的受力性能和转换层的受力方式。并以此为基础科学选择参数计算方式。转换梁截面主要分为两种形式：①托柱截面；②拖墙截面。在托柱式转换梁截面设计中，设计人员要将转换梁截面的尺寸作为控制要点，其受力形式与普通梁结构的受力形式十分相似，所以在结构设计的过程中，设计人员需深入考量配筋的概况，随后方可选择计算方法。若转换梁承托结构选择斜杆框架形式，则轴向拉力也会对结构受力产生显著的影响。在截面设计的过程中，设计人员可根据实际采用深梁截面设计形式完成梁截面设计，设计中所使用的钢筋数量要经专业的计算公式确定，从而优化梁高配置。

2.3转换梁构造设计

高层建筑梁式转换层结构设计中，转换梁构造设计也是不可忽视的重要内容。实际设计的时候，可以根据剪压比的计算结果，来对转换梁的截面尺寸进行明确，保证含箍率的科学性，预防转换梁脆性破坏问题的出现。同时，应尽可能地避免在转换梁上进行开洞，若是必须进行开洞，则要在梁中、轴处开洞，并在洞口上、下弦杆采取加密箍筋等措施，来实现其抗剪能力的增强。转换梁构造设计中，使用的混凝土应在C30以上，上、下主筋在非抗震设计的时候配筋率为≥0.3%。若是转换梁有接头，则要机械连接，但接头位置不可位于受力集中处、梁上托柱处、上部剪力墙开洞处。同一截面的情况下，钢筋接头面积不可超过主筋截面面积的1/2。

3高层建筑梁式转换层结构设计的要点

3.1对下部结构进行强化

在梁式转换层结构系统中，下部分的整体空间需满足抗震、延性、强度以及刚度方面的要求，因此需对下部结构实施强化，使其形成更高的强度，对待上部空间结构系统时，则需弱化其刚度，通过该方法，使主体结构的上下部分刚度特征与变形情况基本保持一致。可给下部结构运用截面尺寸比较大的竖向构件，也可将混凝土材料的强度提升，或者增设剪力墙。如果通过剪力墙对结构的抗侧刚度进行提升，需均匀分布整个结构的刚度，同时使结构刚度中心与质量中心基本保持重合，预防偏心问题；一旦形成偏心的情况，建筑主体结构将形成整体扭转的问题。除了保障下部结构的刚度之外，还必须保障转换本身的刚度，以此来提升建筑具有的抗震能力。设计梁式转换层结构时，就需要考虑到强度方面的问题。在常规的结构设计条件下，转换梁构件截面高度不可低于结构跨度的1/8，借此合理分布结构内力，转换梁与剪力墙柱均能够形成极佳的受力性能。针对转换层，可加厚其楼板，同时强化混凝土强度，进而达到优化转换层，强化其结构刚度的目标。

3.2转换层抗震设计要点

高层建筑结构设计中，结构中设有转换层，而这也影响了建筑物刚度分布的均匀性。转换层结构的竖向承载力和墙柱截面发生了较大的变化，相应的传力线路也随之发生了明显的改变，进而破坏剪力墙结构的抗震性能。为维护转换层结构设计的安全性，设计人员应在三层或以上楼层设计中，做好墙柱的加强和加固处理。

3.3高层建筑框支柱设计以及构造要求

设计者在对建筑中框支柱截面尺寸进行计算时，主要根据轴压比进行。在地动作用下，设计者应对框支柱内力进行科学的调整：设计者在对建筑抗震性能进行设计时，需要将框支柱柱顶弯矩乘以放大系数，随后依据弯矩计算结果进行配筋设置；另外，技术人员在进行框支柱抗震性剪力标准调整过程中应注意相关规范，如在抗震设计中，竖直钢筋之间距离应不大于200mm且不小于80mm，配筋率应不大于4%；施工单位在对框支柱箍筋进行全高加密工作时，应注意沿框支层进行，同时相关人员还应该注意加密区体积配箍率应遵循相关规范，如抗震等级在一级或二级时配箍率应在1.5%以下，在三级或四级时配箍率应在1.0%以上。

结束语

高层建筑转换层结构是建筑物中关键的一环，因此其结构设计要从工程实际、建筑空间分布、建筑结构受力、承载力分布等多个方面进行考虑，选择合适的结构形式，从而提高转换层的抗剪切力和承载能力，提高整体结构的安全性。同时在结构设计时，要强化关键施工要点的设计，严格遵守施工流程，切实提高工程质量。

参考文献

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