带梁式转换层结构的高层建筑结构设计

梁 文 辉

(国策众合(北京)建筑工程设计有限公司太原分公司，山西 太原 030024)



带梁式转换层结构的高层建筑结构设计

梁 文 辉

(国策众合(北京)建筑工程设计有限公司太原分公司，山西 太原 030024)

结合某实际工程，论述了带梁式转换层结构的特点，从框支柱、框支梁、转换层楼板、抗震等级、平面布局等方面，分析了带梁式转换层结构的高层建筑结构设计要点，有助于提升建筑结构设计参数计算的准确度，保证高层建筑施工质量符合设计要求。

带梁式转换层结构，高层建筑，框支柱，剪力墙

带梁式转换层结构的应用具有良好的发展前景，主要是通过控制建筑内部受力均衡性来确保建筑结构的稳定性。而高层建筑下部结构相对紧凑，但上部结构薄弱，对转换层的稳定性提出了新的要求。近年来，随着我国国民经济水平的提高，高层建筑功能趋向于多元化，建筑底部与中部都采用稀疏的结构进行设计，做商业使用，而上部则是密集的结构设计，做居住使用。为确保建筑结构设计受力的稳定性，将带梁式转换层结构应用到高层建筑结构设计中，能满足这一需求，对提升建筑受力的稳定性能具有重要意义。

1 工程概况

本工程总建筑面积53 391.89 m2，地上28层，地下2层。地下2层为戊类储藏室及设备用房，地下1层为管道层；地上1层～2层做商业与其他用途；地上3层～28层为居民住宅。地下2层层高为3.6 m，管道层层高为1.8 m，地上1层层高4.8 m,地上2层层高5.5 m，地上3层～28层层高均为3.0 m，室内外高差0.60 m，建筑总高度88.9 m。为方便建筑结构应力的传递与满足建筑结构空间使用功能的需要，结合各种形式转换层的优缺点，将地上2层设置成框支转换层，地上2层以上为纯剪力墙。在设计时，需要结合结构大空间使用功能性要求，确保建筑结构的刚度，从根源上杜绝结构竖向刚度差距明显的问题出现，并对带梁式转换层上下部分的侧向刚度比例进行调节，严格按照《高层建筑混凝土结构技术规程》有关要求进行设计，适当调整底部剪力墙的强度等级与厚度，尽可能缩减剪力墙上门窗洞口的尺寸，让结构形成一个封闭的筒体。抗震设防烈度：7度；设计基本地震加速度：0.15g；设计地震分组：第二组。抗震等级：框支框架的抗震设计等级为一级，底部加强部位的剪力墙抗震设计等级为一级，非底部加强部位的剪力墙抗震设计等级为二级。框支柱截面：1 200 mm×1 200 mm；框支梁截面：1 100 mm×1 600 mm；转换层楼板200 mm厚。

2 带梁式转换层结构的高层建筑结构设计要点

2.1 框支柱

针对框支柱的设计，设计人员应在地震组合下，按照高层建筑所承受的地震级别，确定带梁式转换层框支柱的截面及配筋，并以轴力值为框支柱参数设计的依据，对数据参数进行调整，增加结构的受力强度，同时明确框支柱设计的数量。在工程设计中为确保框支柱具有足够的延性，设计人员应科学计算剪力墙与框支柱的受力情况，结合框支柱轴压计算框支柱的截面尺寸，控制建筑转换层的框支柱受力范围。以放大后的弯矩设计值为依据，通过框支柱的柱顶弯矩乘以放大系数方式来配筋。抗震设计时，还需严格按照规定要求，设置框支柱承受的地震剪力。具体体现为：每层带梁式转换层结构中框支柱的数量不超过10根时，如果底部框支层设在1层～2层，必须确保每一根框支柱所承受的剪力大于结构基底所承受剪力的2%；若框支柱设置在3层，甚至是3层以上，每一个框支柱所承受的剪力必须大于3%。若建筑每一层框支柱的数量超过10根时，1层～2层的建筑底部框支层所承受的剪力，必须大于结构基底剪力的20%,当框支层剪力全部设在3层，或者是3层以上，必须将每一层框支柱所承受的剪力控制在30%以上。完成框支柱剪力设计工作后，还需根据规定要求，及时调整每一层框支柱与柱端框架梁的弯矩，但是在调整过程中，必须仔细观察框支梁的剪力、弯矩和框支柱的轴力变化情况，然后对应调整框支柱剪力，以免影响到整个结构层所承载的剪力。此外，在设计每一层框支柱的纵向钢筋配筋率时，还需做好抗震等级的设计工作，采用复合螺旋箍或井字复合箍绑扎转换柱钢筋，沿着框支柱实施全高加密，并控制钢筋绑扎的直径与间距，确保直径大于10 mm、间距小于100 mm。

2.2 框支梁

框支梁的受力与其他结构设计相对要大，并且受力具有复杂性，不仅是上下层荷载的传输重心，也是提升框支剪力墙抗震性能的核心部位，因此在设计框支梁的过程中严格按照高层建筑结构设计有关规定进行详细设计。如果建筑项目的转换梁上、下部纵向钢筋系非抗震设计，最小配筋率必须大于0.30%；如果抗震等级为特一、一级和二级，最小配筋率必须大于0.60%，0.50%和0.40%，并在框支剪力墙结构中的框支梁上、下纵向钢筋和腰筋节点位置实施锚固，然后检查水平段，确保伸至柱边，且必须大于0.4lab(非抗震)，或者是大于0.4labE(抗震设计)，梁上部第一排纵向钢筋应向柱内弯折锚固，但锚固延伸到梁底的长度不能低于非抗震设计la，或者是抗震设计laE，避免影响到整体施工质量；若建筑转换层梁上部配置的钢筋属于多排纵向，工作人员可适当调整梁上部内部的锚固钢筋的长度，确保水平段、弯下段的长度值大于钢筋锚固长度非抗震设计的la，或者是抗震设计的laE。此外，为提升抗震性能，避免框支梁发生形变，影响到整个带梁式转换层结构，设计人员还应坚持“强剪弱弯、强底层柱底、强柱弱梁、强底层墙”的原则，在纵筋足够的条件下，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》有关规定，对框支梁箍筋进行全长加密，以提升框支梁的抗震能力。

2.3 转换层楼板

受上下结构设计的受力分布影响，在设计框支剪力墙结构时，工作人员应以转换层结构为分界线，按照各个建筑施工控制点中剪力墙刚度均匀分布于上部楼层的特点，结合框支柱和落地剪力墙之间的刚度要求、水平剪力在转换层的荷载分配极易发生形变，加上转换层楼板自身平面受力情况，必须提升转换层楼板的刚度，严格规划设计转换层楼板的结构设计，保证转换层结构的受力均匀。本工程在对转换层结构设计过程中，遵守三维设计、协同工作有限元等设计原理(设置转换层楼板为弹性模)，对转换层的受力状况进行分析，计算出建筑结构整体受力情况，然后采用高标号混凝土、厚楼板作为转换层，因下部楼层存在受力差距明显的问题，导致剪力墙承受较多的水平剪力，造成转换层受力变形，采用钢筋双层双向整板拉通。此外，为合理分配转换层楼板的剪力，应适当增加转换层以下层的楼板，加厚落地剪力墙的厚度，增强转换层的刚度，提升该建筑受力，确保建筑整体结构的稳定性。同时为方便后期建筑工程施工和节约成本投入，还需为模板装拆卸提供方便，做好各个部件的整合与衔接工作。

2.4 抗震等级

在进行高层建筑施工的过程中，转换层起到承上启下的作用，转换层以下作为框架式的剪力墙，以上均是剪力墙，设计与施工过程相对比较复杂，因此在实际设计的过程中，考虑到高层建筑梁式转换层的抗震等级，设计人员需要结合带梁式转换层结构的设计标准，对地震级配加以规范，确保抗震等级与实际建筑的带梁式转换层结构受力均匀。对于带梁式转换层的高层建筑结构设计，设计人员必须从地下室顶板开始计算建筑物剪力墙底部加强部位的高度，保证带梁式高层建筑结构转换层以上的楼层设计不低于房屋高度设计的1/10。在设计高层建筑抗震等级，高位转换层作为带梁式转换层结构设计的加强区，是设计的关键控制点，因此设计人员应按照具体情况，提升地震等级与性能，以缓解部分地震受力面积。

2.5 平面布局

带梁式转换层的平面设计相对比较简单，主要是选用对称设计方式，对两侧的误差进行控制，以减少结构受力的偏心率，确保转换层重心的稳定性。具体体现为在进行平面布局设计的过程中，为满足建筑结构安全施工的需求，设计人员需结合带梁式转换层的周边情况，在满足高层建筑的要求下，使用专业设计软件测算安全系数，对平面布局的每一项参数进行控制，提升带梁式转换层的强度，确保高层建筑扭转的过程中，能够维持高度稳定的性能，以免高层建筑发生水平位移，对位移距离进行控制，提升扭转能力，以免建筑结构设计发生误差，给高层建筑的稳定性带来不利影响。

2.6 竖向布置

高层建筑的侧向刚度设计应下大上小，避免影响到建筑结构设计的稳定性。因此在进行竖向布置的过程中，必须强化下部，弱化上部，让两侧的剪力墙落地，在建筑底部增加部分剪力墙，提升建筑结构的底部刚度，并增加地下层底部的剪力墙厚度，确定厚度在400 mm～600 mm内，以承担建筑结构的部分受力。同时使用高标号混凝土来浇筑底部剪力墙，提升底部柱和墙混凝土刚度与强度。此外，设计人员还应适当减少建筑转换层上部剪力墙的数量，严格控制转换层上部剪力墙的厚度，必要时在转换层部分较长的剪力墙中开设结构洞，待到建筑施工结束后，使用填充墙进行填实，帮助上部结构承担部分受力，适当承担建筑物所承受的压力，让框支梁承受的荷载能力得到缓解，以增加建筑结构自振周期，从而降低地震对建筑物的作用力。但需要注意的是，底部剪力墙尽可能不开洞或者是只开小洞，防止刚度削弱过度，影响到建筑结构设计的稳定性，给建筑工程施工埋下潜在安全隐患。

3 结语

带梁式转换层结构的高层建筑结构设计过程中，通常会受到各种因素影响与干扰，为确保建筑结构设计结果和具体情况吻合，有关人员必须对建筑结构设计影响因素进行分析，并采用专业的设计方法与工具，加强框支柱、框支梁、转换层楼板、抗震等级、平面布局和竖向布置等环节的控制，提升建筑结构设计参数计算的准确度，保证高层建筑施工质量符合设计要求。

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High-rise building structure design of the transfer-story structure with beam

Liang Wenhui

(Guocezhonghe(Beijing)BuildingEngineeringDesignCompanyTaiyuanBranchCompany,Taiyuan030024,China)

Combining with the actual engineering, the paper discusses the features of transfer-story structure with beam, analyzes high-rise building structure design points of transfer-story structure with beam from aspects of frame supporting column, frame supporting beam, transfer-story slab, seismic resisting degree and plane layout, which will be good for improving the building structure design parameter calculating accuracy and guaranteeing high-rise building construction quality meeting design demands as well.

transfer-story structure with beam, high-rise building, frame supporting column, shearing wall

1009-6825(2017)17-0040-02

2017-03-23

梁文辉(1984- )，男，工程师

TU318

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