高层建筑的梁式转换层结构设计

高层建筑的梁式转换层结构设计

何伟

身份证号：130229198805110012

摘要：随着城市化进程加速，城市空间紧缺问题愈发严重。为高效利用空间，高层建筑项目增多，功能类型也趋向多样化。下部多为办公和商业用途，而上部则转为居民住宅。这种差异导致对上、下结构有不同要求，特别是商用部分需要减少墙体数量，而住宅部分则相反。为满足不同楼层的功能需求并保障结构安全，需设计转换层结构。因此，深入研究高层建筑梁式转换层结构设计至关重要。

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特征

由于高层建筑的多功能需求，使得建筑上下部结构存在较大差异，容易出现荷载传递不均匀的情况，威胁建筑使用安全。而设置高层建筑梁式转换层的主要目的是通过转换层重新分配楼层上部结构荷载，使其均匀传递到下部结构和基础。在此过程中，可使用的转换构件种类较多，包括转换梁、桁架以及斜撑等。梁式转换层主要是通过水平结构与上下部构件的竖向连接，实现不同楼层之间的有效衔接。其具有结构简单、传力明确、施工便利等特点，既能够实现上下层荷载的安全对接，也能满足不同楼层的功能需求，因此，梁式转换层结构在当前高层建筑中应用较为广泛。

2 高层建筑的梁式转换层结构设计内容

2.1 转换层上部框架设计

在转换层上部框架设计的过程中，我们应严格遵循强柱弱梁的原则。为了实现这一目标，我们需要关注以下三个关键技术点。首先，我们应在梁端末尾设置塑性铰，这样能够显著提升梁柱的可靠性和安全性。其次，考虑到梁式转换层与柱体的连接位置相对脆弱，容易出现安全问题，而且转换层受力复杂，应力容易集中。因此，在进行上部框架结构设计时，我们需要对框架的受力情况有充分的了解，并尽可能减少转换层的应力集中。对此，我们应加强对转换层的应力计算和分析。最后，我们需要科学地设计上部结构的配筋，以确保柱体的稳定性。为实现这一目标，应根据不同的抗震等级要求，合理配置配筋。

2.2 结构横竖布局设计

对于高层建筑而言，梁式转换层的设计需要先根据实际情况确定结构的横竖布局，科学搭建框架结构体系，确保转换层受力均匀。梁式转换层的横纵梁之间通过节点连接，以水平力为主，这种框架结构能够有效提升建筑平面布置的灵活度，为建筑内部预留充足空间，在商场等建筑当中的运用较为广泛。在结构设计时，应考虑剪力墙结构，确保其竖向承重与转换层的水平力相配合，保障建筑稳定性。由于项目下部为商场、上部为住宅，且下部承重墙少，因此要着重提高下部结构的承重能力和强度。可通过增加剪力墙厚度至0.35～0.4 m和调整钢筋间距至75～220 mm来实现。此外，需关注横纵向框架梁节点，避免节点薄弱影响结构稳定。为提升设计科学性，可运用BIM技术建立数字模型，模拟分析受力情况，不断优化设计。

2.3 转换层设计

为保障转换层设计的可靠性，需着重加强对以下两个方面的重视：①加强对转换层结构的计算分析，借助有限元、补充计算等方式，检测转换层的使用寿命。由于梁式转换层的横、纵向框架与剪力墙之间连接紧密，因此，整体结构受力情况较为复杂。对此，在实际展开计算分析的过程中，应以剪力墙结构为基础，分析转换层的受力面积和受力状态，进一步明确建筑内部的空间结构和受力情况。②着重分析梁式转换层结构当中框支柱的数量和比例情况。对于梁式转换层而言，框支柱作为支撑横向转换结构的重要构件，其数量对于整体框架结构的性能有直接影响。因此，在实际展开转换层设计的过程中，应充分根据转换层的受力情况合理设置框支柱。通常情况下，20层左右的建筑，需要设置10根左右的框支柱。为保障结构的稳定性，当框支柱数量小于10根时，要求每根框支柱的荷载量应至少为基地剪力的2.8%；当框支柱数量超过10根，要求每根支柱的荷载量应在基地剪力的2.5%以上。

2.4 转换梁设计

转换梁作为连接底层框架与剪力墙的重要结构，有助于扩大建筑的空间面积，使建筑空间结构更好地满足实际功能要求，也是保障转换层结构更加合理的关键构件。在实际设计转换梁的过程中，应着重加强对以下3个方面的重视：①通过有限元计算转换梁的减压比例，合理确定转换梁的截面大小，确保其能够达到建筑结构荷载要求。在此过程中，若发现转换层梁高受限，转换梁设计过程中，应确保梁体截面宽度不超过框支柱截面宽度，且是上部墙体厚度的2倍以上，以此保障转换梁以及框支柱的支撑能力。②为保障转换层结构的可靠性，转换梁的混凝土强度等级应至少为C40，保障结构抗压性能，降低混凝土开裂的可能性，同时提高结构耐久性，保障转换层的使用寿命。③加强对转换梁配筋率的计算分析，确保其与高层建筑抗震等级成正比。

3 梁式转换层结构设计要点

3.1 转换构件的设计

转换构件主要包含框支梁、框支柱和转换层楼板。框支梁作为承力构件，负责传导上下层结构荷载，其设计需遵循“强剪弱弯”原则，重视横截面积和尺寸，确保配筋率符合抗震等级要求。框支柱设计需结合高层建筑抗震等级，控制轴压比参数，保障上部结构支撑。特一级抗震时，轴压比不超过0.6。为提升构件延展性，应加强框支柱箍筋配筋率控制，对箍筋进行全长加密处理。转换层楼板作为承重较大的结构，其刚度直接影响转换层可靠性，并承担传递水平地震力的职责。楼板厚度至少为150 mm，采用双层双向配置钢筋方式提高强度。为保障整体性，尽量避免在楼板上开洞，必要时可将洞口设置在楼板边缘或周围设置边梁。

3.2 核定抗震等级

梁式转换层应严格按照相关标准规范要求的抗震类型、房屋高度以及抗震等级等展开设计。结合案例工程项目实际情况，转换层设置为低位转换，框支架抗震等级为二级，转换层以上的剪力结构抗震等级为四级，转换层以下的部分抗震等级应为三级。除此之外，也可借助先进技术手段，通过SATWE软件，将BIM导入其中，自动识别转换层结构抗震等级，保障建筑结构设计的可靠性。

3.3 其他重点注意事项

除上述设计要点外，梁式转换层结构设计还应加强对以下3个方面的重视：①为保障整体结构的可靠性，应尽量对构件进行对称设计，尤其是转换柱、剪力墙等关键构件，以此提高结构的稳定性。②尽量缩短传力路径，实现荷载的有效传递。在设计主体结构时，应有效布置上下部竖向承重结构，确保水平转换结构可满足直接传力需求，借助转换托梁，将不落地的剪力墙荷载直接传递给竖向承重结构，缩短传力路径。③合理控制转换层高度，转换层层高越高，对于下部结构强度等方面的要求越高。因此，在实际设计转换层的过程中，需控制好转换层高度，若不可避免需要在高处设置转换层，应加强对下部结构弯曲、剪切以及轴向构件刚度的控制，降低结构变形概率。

4 结语

在设计高层建筑的梁式转换层结构时，应首先明确上下楼层的实际功能需求。在此基础上，优化转换层上部的结构，确保荷载均匀分布，并通过合理的横竖布局，使上部结构的荷载能清晰、均匀地传递至下部结构，从而提高整体结构的稳定性和安全性。其次，需关注转换层的设计细节，如框支梁的截面尺寸需经过精心设计，以确保构件的配筋率达到1.5%。同时，框支柱和楼板的设计也至关重要，它们共同决定了楼板的刚度，并确保水平地震力能有效地传递。最后，需要核定并确认建筑的抗震等级。相信通过不断深化研究和实际探索，我们能够进一步提高高层建筑的结构稳定性。

参考文献

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