浅析高层建筑梁式转换层结构设计

蔡光正 施金哲

（浙江花园建设集团有限公司 浙江东阳 322121）

浅析高层建筑梁式转换层结构设计

蔡光正 施金哲

（浙江花园建设集团有限公司 浙江东阳 322121）

梁式转换层结构的设计对于提高高层建筑的安全性和稳定性具有重要的作用，因此高层建筑单位必须抓好梁式转换层结构的设计和施工工作，在保障建筑施工质量的同时，进一步提高高层建筑的多样化功能发挥。本文通过对高层建筑梁式转换层结构设计进行分析，简单概述了梁式转换层结构的设计要求和原则，并在此基础上进一步探讨了高层建筑梁式转换层结构的设计和构造方法，希望能对从事相关行业的工作人员提供参考。

高层建筑；梁式转换层；设计原则；方法

1 引言

近些年来，随着中国新经济体制的逐渐深入与城镇化进程的逐渐增快，部分高层建筑获得了迅速发展，而且国内高层房屋正在向着内部空间变化多、功用多元化与体型繁杂化、复合性方向发展，该行业的发展已逐步接近全球领先水平。在同样的一座房屋中，房屋的总体性能获得了很大程度的开发，特别是在顺着房屋高度方向房屋性能产生了繁杂的立体变化，下半部分房屋作为餐厅、宾馆，中间部分一般作为工作场所，上半部分一般用于居住。不难看出，目前高层建筑对于功能的实现与其结构的正常布置正好相反，所以，必须在结构转换楼层设置相应的水平转换构件，高层建筑的转换层结构设计也逐渐成为当前高层建筑的发展重点。

2 高层建筑梁式转换层结构的设计原则

2.1 转换层的竖向布置

转换结构可以根据不同建筑物对于功能的要求，在楼层进行局部的转换层布置，也可以根据建筑物对于结构传力的需要，沿着高度方向进行多处或者一处的灵活布置，其自身的空间可以用作技术设备层，也可以当作正常使用的楼层，但是无论使用哪种布置方法，均要确保转换层达到指定的硬度，避免房屋纵向的硬度产生很大的差异。当房屋比较高柔时，其总体的硬度或许不达标。比如框架——筒体架构的高层房屋，此时就能够在房屋纵向的恰当地方增添加强层，此种水平刚性楼层可以在很大程度上增强总体房屋架构的弯曲效应，而此种状况下的转换层的设置便能够和房屋的设施层与加强层等加以整体设计。对部分底盘面积大并且楼塔比较多的高层商用房屋而言，楼塔的转换层应当设计在裙房的屋面层，而且为了防止中间有硬度十分小的楼层，要进一步加大屋面的板、梁厚度和尺寸，从而减小震害。在对一些部分框支剪力墙的高层建筑进行转换层设计时，Ⅷ度区的转换层位置不能超过第3层，Ⅶ度区的转换层位置也最好不要超过第5层。

2.2 转换结构构件在平面上的布置

为了解决上、下层柱列的疏密度不均匀的问题，并扩大底层入口，可以在平面角筒上或者周边列柱上布置相应的水平转换构件[见图1（a）、（b）]。当建筑平面和芯筒都呈圆形时，转换层构件可以进行放射性的布置[见图1（c）]。当建筑要求内部空间要尽量的敞开且自由时，有两种设计方法：①沿着纵向和横向进行转换梁的平行布置[见图1（d）、（e）]，也可以沿着这两个方向进行双向布置[见图1（f）]；②相邻层进行互相垂直的布置，或者根据建筑平面柱网的变化进行合理布置[见图1（g）、（h）]；需要注意的是，当转换梁上部是剪力墙的时候，最好不要采用梁搭梁的间接传力形式，并且必须设置有支撑柱，另一方面，为了避免大梁受到过大的扭矩，转换梁上部的构件最好要落到其中面上。

图1

2.3 转换层的结构布置

诸多的探究与核算剖析证明，高层房屋的转换层地点愈高，其转换层上半部分的内力与下半部分的内力传输通道与上半部分的刚性与下半部分的刚性的突然变化就更大并且落地简体与剪力墙也较易产生受弯裂缝，进而增大框支柱的内力，造成转换层上半部分周边的墙体较易被破坏。此外，高层房屋的转换层地点愈高，房屋总体的抗震性也会愈弱。因此，在对高层房屋转换层的架构加以设计时，其上半部分架构与下半部分架构的侧向刚性比应当达到高规附录E的要求。底盘部分带转换层架构，应当在转换层的上面设计安全、稳定的转换构件确保其纵向的构件不会持续贯通落地，依照当前的探究结果而项目实际建设经验来说，转换构建能够运用箱型架构、大梁、一定厚度的木板、桁架等方式。

3 高层建筑梁式转换层结构的设计与构造方法

3.1 转换梁的截面设计方法

（1）普通梁截面设计方法

这种设计方法是目前运用比较普遍的一种，其主要是借助相关的计算分析程序例如TAT、PKPM系列辅助软件和TBSA等对转换梁内力进行计算，再根据计算结果确定受构件的承载力。

（2）偏心受拉构件截面设计方法

偏心受拉构件截面设计方法的重点在于截面应力的换算，即将转换梁截面上的应力通过有限元分析计算出，然后再将其换算成相应的截面内力，但是这种换算在实际操作起来比较困难。如果实际条件下很难对梁式转换层结构进行有限元分析，可以用表格计算的方式代替，再进行截面内力的换算。

（3）深梁截面设计方法

转换梁是一种介于深梁和普通梁之间的梁，在实际工程中其高跨比介于1/8～1/6之间，所以其破坏形态和受力特征与深梁有着很多相似之处，如果转换梁的破坏形态和受力特征表现为深梁，则可以参考深梁的截面设计方法进行设计。

（4）应力截面设计方法

对转换梁进行有限元分析计算可以得到其应力大小和分布规律，为了能够更好的利用计算结果对截面的配筋进行计算，需要做出以下假定：①受压区混凝土的强度达到了轴心抗压强度的设计值；②钢筋达到了其屈服强度设计值；③在进行换算时不考虑混凝土的抗拉作用，由钢筋承担所有的拉力。

3.2 转换梁的设计与构造要求

为了使转换梁具有比较合适的含箍率以及避免出现脆性破坏，其截面尺寸最好通过剪压比进行计算后确定。转换梁最好不要开洞，如果设计需要开洞，则洞口的位置最好设在轴和梁中部附近，为了提高转换梁的抗剪性能，洞口的上、下弦杆要采取一定的加固措施，如果洞口内力比较大，则可以采用型钢构件进行加固处理。另外，箍筋要进行加密，在上、下弦杆箍筋计算时最好将剪力的设计值乘上放大系数1.2。

用于转换梁施工的混凝土强度等级最低要达到C30强度。转换梁中纵向钢筋最好不要留有接头，如果有接头也要用机械连接，而且在同一个截面中，钢筋的接头面积不能超过整个主筋截面面积的一半，接头的位置的选取也要充分考虑，要避开一些受力较大的部位、梁上拖柱部位以及上部剪力墙开洞的部位。转换梁下部的主筋要全部贯穿并且伸入到柱体内部，上部的主筋则最好保证有一半是能够沿梁贯穿的。在距离转换梁支座边距柱1.5倍梁高度或者0.2倍梁净跨范围内的转换梁箍筋都要进行加密，加密区的箍筋间距要小于100mm，直径最小要达到10mm。

3.3 框支柱的设计与构造要求

在进行转换层结构抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩要乘上放大系数，放大系数值跟地震等级有关，并且在配筋时也要按照放大后的柱顶弯矩进行设计。在地震组合时，一级地震作用下框支柱所承受的轴力设计值要乘以1.50的放大系数，二级地震时要乘以1.25。在对框支柱的剪力进行调整时，其所承受的地震剪力标准要根据下列规定进行合理采用：①框支层为1～2层且框支柱数目少于10根时，每层的每根柱所承受的剪力应当取基底剪力2%；②当框支层不小于3层时，各层的每根支柱所承受的剪力应当取基底剪力的3%；③当框支层为1～2层并且框支柱的数目不少于10根时，每层每根柱所承受的剪力之和应当取基底剪力的20%；④当框支层多于3层时，每层框支柱承受的剪力之和应取基底剪力的30%。当框支柱剪力做出调整后，其柱端梁弯矩和剪力以及框支柱的弯矩也应做出相应的调整，框支柱轴力可以不调整。

4 结束语

本文讨论的只是高层建筑转换层结构设计的众多方法中的一小部分，高层建筑转换层结构的设计还有很多仍需研究和探讨的地方，例如斜柱转换、箱型转换和板式转换等转换层的主要结构形式和受力特点等。随着我国建筑行业的不断发展，现代高层建筑呈现出平面多样化和复杂化的发展趋势，所以在对转换层结构进行设计时要结合实际的工程情况进行综合考虑，选取最合适的设计方法。

[1]唐兴荣，何若全.高层建筑中转换层结构的现状和发展[J].苏州城建环保学院学报，2001（9）：45～49.

[2]包世华，张铜生.带刚性转换层的斜交结构的弯扭耦连振动计算[A].第四届全国结构工程学术会议论文集（下）[C].2009.

[3]汪凯，盛小微，吕志涛，舒赣平.高层建筑预应力混凝土板式转换层结构设计[J].建筑结构，2011（6）.

TU765

A

1673-0038（2015）24-0029-02

2015-5-7

蔡光正（1971-），男，助理工程师，大专，主要从事建筑施工方面的工作。

施金哲（1983-），男，助理工程师，大专，主要从事建筑施工与管理方面的工作。