高层建筑梁式转换层结构设计

胡道航

摘要：高层建筑工程结构日益复杂，其中梁式转换层结构就是急需研究设计的一个重点。对高层建筑梁式转换层结构进行设计时，需要结合其特点确定设计原则，遵循专业规范要求，做好每个细节的优化，在保证结构安全性的基础上，提高工程建设的经济性。本文从高层建筑梁式转换层结构设计原则入手，对其设计方法做以说明。

关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计

中图分类号：TU973文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）09-145-02

前言

应用梁式转换层结构能让高层建筑的结构设计更加合理，让其有更大的活动空间，而且还能让高层结构受力更加均衡，整体建筑结构的稳定性都得到了有效提升。在实际梁式转换层的结构设计中，施工人员要把握好设计的原则，根据建筑的实际功能和特性进行设计。

1.高层建筑梁式转换层结构设计原则

1.1减少竖向构件

高层建筑工程在进行梁式转换层结构设计过程中，建筑工地需要控制垂直分量的数量。因为大量的工程垂直分量，将减少转换组件，减少过渡效果。当结构转换层刚度突变发生减少，将降低转换层结构的整体刚度，反过来将影响抗地震效应，对工程建设的效果造成更大的影响。此外，在建筑物竖向高度方向上，保证转换层具有足够的承载力和刚度的前提下，采用灵活的方式开展对整个楼层布局，或在某层局部设置位置，可以采用分段安排或交错布置。

1.2结构位置布置

提高转换层结构的合理性的位置，通常上升位置应该设计在一个较低的位置，以避免高转换层位置过高而对结构的内力和框架剪力墙结构刚度造成影响，在严重的情况下甚至会降低结构的抗震性能。所以必须对转换层结构位置进行控制，严格遵守高转换的原理，结合实际需要调整下部框架，提高结构刚度设计的影响，避免问题的轴向变形。根据工程经验和研究成果，转换组件可以使用转换大梁、斜撑以及厚板等形式。

1.3下部结构刚度

在控制转换层结构刚度时，需要确保结构顶部和底部的变形和刚度特性之间的统一性。因此，可以通过改善横向刚度的方法，以确保建筑结构刚度的均匀性，使得质量中心和刚度中心的刚度完全集成在一起，避免中心迁移，不断提高反向控制性能的结构。同时，需要确保结构设计后的简化结构侧向刚度比重从下部上升的总体结构，达到提高简体截面的控制效果，将工程结构的地震载荷性能控制的专业范围内，改善结构整体的防震、抗震性能，实现对高层建筑梁式转换层结构的优化。

1.4转换层计算

转换层设计之前，必须结合实际情况，从每个链接到所有的数据采集、计算和分析，最终形成一个统一的数据结构。数据计算和分析每个链接的结果直接决定了工程结构设计的质量，设计人员必须严格按照数学建模的应力变形情况下，利用信息技术和计算机技术来完成三维空间的建设。当数据来计算，设计人员可通过有限元方法进行局部的补充转换结构与计算的转换方法，完成计算统一整体之间的两层结构模型，并做好各项模型条件之间相应的处理，确保所有模型数据能满足施工的要求。

2.高层建筑梁式转换层的结构设计

2.1转换梁截面的设计

在设计转换层截面的时候，首先要考虑的是梁的受力性能，还有转换层的受力形式，然后再选择合适的计算方法。这种截面主要有托柱形式的转换梁截面以及托墙形式的转换梁截面这两种。其中，在设计托柱形式的转换梁截面时，要对截面尺寸范围进行充分考虑，该梁受力形式和普通梁受力形式差不多，所以在设计截面的时候应该将配筋情况考虑在其中，然后再选择计算方法。要是转换梁的承托形式是斜杆框架，那么轴向拉力将会对它有所影响，这时候，设计人员就要将偏心受拉构件的原理考虑建立，从而更优化地设计截面。在设计托墙形式的转换梁截面时，要将转换梁和上部墙体一起工作的结构考虑在内，而且在这里面还会有深梁现象存在，所以在该项截面设计的时候更应该用深梁截面方法进行设计，在有些情况下，也可以用应力截面的设计方法，根据特定的计算公式将纵向钢筋的数量算出来，在布置钢筋的时候，还要保证是沿着梁高进行配置的。

2.2转换层结构构件的设计

在转换层附近不光是结构竖向刚度发生容易发生突变，还有可能有竖向侧

力构件出现不连续的情况，这会导致转换层附近有结构传力发生突变的情况，特别有强震作用推动的情况下，薄弱部位也就会相应产生。要想将转换层的上部结构和下部结构刚度都有所提高，就要在转换层附近将结构的构件强度加大，这样才能让水平剪力的传递有所保证，而且在发生强震的情况下，还能让结构底层有一定的延性，不受到破坏。

2.3转换层分析计算

对转换层整体进行计算之后，还要用平面有限元这一计算软件对转换层本身进行计算，主要是补充计算其局部的应力。对局部进行分析的时候，要保证转换结构的上楼层和下口曾都在计算模型中，还要将楼层的楼盖平面所承受的刚度影响考虑在内，并根据实际的转换层情况选择合理的计算模型。对框支剪力墙进行计算要复杂一些，其上部剪力墙要连接到下面很多根支柱，一旦有连接不正确的情况，计算就会有较大的误差。所以计算的时候，最好在上部剪力墙和下部转换柱上都设立一个转换梁，让转换梁连接到墙肢上。

2.4转换大梁的设计

梁式转换层施工的设计要求：（1）转换层的上层结构的横向剪切转移到低水平剪力结构，转换层本身承受的平面内剪力也很大，并且也承受一部分的垂直荷载。所以要求地板应该有足够的强度和刚度。（2）转换层大梁支撑上部剪力墙或柱传下来的垂直荷载的重要组成部分。本身所受压力是非常大的，它是整个结构抗震安全的关键部分。因此，转换梁的设计在整个转换层结构的设计是非常重要的。

2.5转换层的抗震设计

过渡层的高层建筑结构，由于转换层存在使建筑物刚度沿高度方向的均匀性受到较大程度的损坏，转换层不连续的结构组成部分和垂直承载力的墙、柱截面突变，导致输电线路迂回曲折等，所以，转换结构抗震性能很差。保证的安全设计规则规定“部分的框架剪力墙结构转换层位置设置超过三层或三层时，其框支柱和剪力墙加强部位的抗震性能最好采用比《高规》的规定高一级，已经是特一级的将不再提高”，加强相关组件的抗震性能。对底部的转换层框架核心筒和边缘密度列管中管结构的框架结构抗震等级不需要改进。转换层的转换组件水平提高抗震作用的计算内力需调整增大。

2.6托墙形式转换梁截面设计

当转换梁支持顶壁完全不开洞，而转换梁与上部墙体同时作用，所受到力的形态表现为深梁，此时宜采用深梁截面设计方法或截面应力设计方法对梁截面进行设计，并计算了纵向钢筋应沿梁高所有适当的配置。因为转换梁跨度范围广泛的内力较大，所以底部纵向钢筋不应截断和弯曲，应全部进入轴承。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，根据常见的转换梁纵向钢筋可以集中布置在梁底部。

2.7楼板设计

上部墙体水平剪力需通过转换层传到下部结构，使得转换层地板平面受到了很大的作用力，楼板出现明显的变形，因此需采用厚度不小于180mm的现浇板加厚转换层，这促进了转换层在平面上的剪切力再分配，并提高转换梁横向刚度和抗扭能力，也会使实际情况符合层刚度的积分计算的假设是无限的。此外混凝土强度不少于C30，且钢网使用双向双行，每一行的钢筋的比例不低于0.25%，转换层不应该是一个大洞，当开洞时应在洞口四周设置次梁或者暗梁，楼板开洞位置尽量远离外端，转换层附近的地板上还应加强。

3.结语

总之，高层建筑的梁式转换层在上密下疏的建筑中起到了承上启下的作用，合理分配上部结构的竖向载荷，减少结构突变和应力集中，实现结构的连续性和受力的平稳性。