试论高层建筑梁式转换层结构设计

2017-03-10覃傲炜

环球市场 2017年4期

关键词：中梁梁式大梁

覃傲炜

广西壮族自治区建筑科学研究设计院

试论高层建筑梁式转换层结构设计

覃傲炜

广西壮族自治区建筑科学研究设计院

本文从结构转换层的类型出发，介绍了梁式转换层结构的设计原则，对高层建筑中梁式转换的具体设计进行了分析，以供参考。

高层建筑；梁式转换层；结构设计

前言

由于目前用地紧张，高层建筑更加受到人们的青睐。在实际的使用过程中，人们更加关注的是高层建筑的使用功能。梁式转换层的结构设计能够让建筑空间更加合理的利用，在设计方面也更加的灵活多变，能够满足人们日常生活对建筑的需求。

1 结构转换层的类型

高层建筑项目的建设有着各种不同的功能和需求，因此，在结构设计过程中，要充分考虑到建筑专业的要求，对不同结构转换层类型进行优化选择，以确保高层建筑的整体功能性。高层建筑结构转换层的主要类型有以下两种： (1)梁式转换。梁式转换层结构包括梁、桁架、箱型结构等，它的受力和传力比较直接明确，而且结构转换层还可以提供一定的建筑、设备利用空间，是目前应用较为广泛的转换结构。它的基本构成形式是主转换梁支撑于下部主体结构的竖向构件，次转换梁支承于主转换梁或下部主体结构的竖向构件，主次转换梁共同承受和依托上部结构剪力墙、框架柱; (2)板式转换。板式转换一般由一块整体整浇的厚平板组成。它的受力和传力相对比较复杂，一般只有在上下部结构明显不协调，无法采用梁式转换结构时才采用。而且厚板所占空间导致建筑、设备等无法利用，经济性不够。

2 梁式转换层结构的设计原则

2.1 降低竖向构件的使用

在进行结构转换的设计时，竖向构件的使用并不少见。过多竖向构件的使用会使转换层结构的稳定性及强度渐渐变小，容易导致建筑结构的稳定性降低，不利于提高建筑结构的抗震性能，所以应合理分布竖向构件。

2.2 对称设置转换柱和剪力墙

在设计时，要将转换柱和剪力墙进行对称放置的方式。立柱的转换会使整体结构受到影响。一般来说，对称的结构较为稳固、不易变形，所以，对称放置转换柱和剪力墙是最好的选择，可极大增强建筑的稳定性，从而达到防震的目的。

2.3 增强转换层下部主体的结构刚度

在设计过程中应考虑采用增强下部主体结构、弱化转换层上部刚度，使转换层上下部之间结构变形与抵抗弹性形变的能力之间达到协调统一、相互一致的方法来保证建筑物整体结构具有较好的抗震性和较强的刚度。增强下部主体结构抵抗弹性形变的能力的主要方法存加大转换层下部主体结构的截面面积、增加剪力墙数量、增强混凝土的强度等方法。

2.4 确保转换层足够的刚度

在进行建筑结构设计时，应注意调整高度和跨度的比例。合理的比例才会来确保转换层具有足够的刚度，这样才可以有效地确保内力在转换层和下部构建的合理分配，转换梁和剪力墙柱的受力性能相对较好，才能够对结构发挥重要的作用。

2.5 转换层结构位置不能过高

过高的转换层会对建筑的抗震能力大大的削弱，转换层过高会使转换层周围的框支剪力墙的内力和强度大打折扣。所以在设计高位转换的时候，为减少层间内力突变和位移角，要仔细分析轴向变形刚度、弯曲刚度、剪切刚度等来控制转换层下部构件的刚度。除此之外，落地剪力墙之间的间距也应进行严格的控制，且不可小觑。

3 高层建筑中梁式转换具体设计分析

3.1 梁式转换层结构形式的设计分析

在实际施工的过程中，梁式转换层的结构设计有许多种形式。但是不论哪一个形式的设计都离不开一个最基本的原理：在高层建筑中，会设置一个转换大梁，以此来支撑上部分的结构。梁式转换层的结构是通过剪力墙、转换梁、转换柱这一系列的过程传导，经过力在这几个位置的传递达到梁式转换层的设计目的。在高层建筑中采用这种梁式转换层结构设计能够使各个阶段的工作都能够更加的简单，空间设计转换方面也更加的直观。梁式转换层的优点是显而易见的，不可避免的是依然会有一些不足之处存在：如果在施工的过程中，上下轴线的位置发生错位的情况，那么在高层建筑的结构设计中就需要增加转换梁的数量来改变这种情况。那么采取这种做法，不可避免的就是会让整个建筑物的空间受力变得复杂化，大大的增加了建筑施工的难度。这种情况的可以依据梁式转换层的结构设计，结合建筑要实现的功能需求，灵活的采用不同结构形式的梁式转换层。

3.2 高层建筑中梁式转换层结构的受力原理

在高层建筑中，梁式转换层是改变建筑受力分布的一种方式。梁式转换层的设计中受力的传导途径是墙、梁、墙，这样的力的传播途径更加的简单直接，简化了对力的分析、计算工作。剪力墙的刚度、转换梁自身的刚度与转换柱的刚度是影响转换梁的受力情况。在相关的数据分析中显示：在转换梁的跨度小于等于12 米时，转换梁所能够承受的层数是三层，但是在实验数据中，把承托层数调整到4 层、甚至5 层的时候再进行计算的结果，数据上存在的偏差也没有大于5%，这些数据表明如果把成图层数调整成4 层、5 层的时候依然是在一个可承受的范围内。这说明在承托层处于三层到五层之间的时候，依然可以用三层的标准进行计算。从计算分析的角度上来看，在墙体具有一定的长度的时候，转换大梁中的弯矩的作用要小得多。出现这种情况的原因主要有两个方面。第一，转换大梁所处的位置是在结构整体的受拉区，转换大梁中就出现了轴向拉力；第二，因为力的作用，在转换大梁中出现了拱这样的传力方式，力的作用方向由竖向的变成了斜向的作用力作用于转换大梁中，这样就会在支座中出现轴向压力。

3.3 高层建筑中梁式转换层设计的相关要求

梁式转换层的结构设计中，需要根据建筑物的功能转化的需求和力的传导要求与标准，结合建筑物转换层的设计高度，在合适的高度设置转换层结构。高层建筑的安全性是非常重要的，所以在转换层结构设计的过程中，要考虑到建筑物抗震的需求，严格控制转换层的高度。