探讨建筑结构设计中的梁式转换层结构设计

【摘要】梁式转换层结构是中国普遍使用的一种在建筑工程中的转换层结构设计。随着人们生活条件的不断提高，对生活的环境也有了更高的要求，为了满足人们的需要，转换层结构的设计开始出现在现代的建筑工程中。转换层结构的出现，满足了许多人们在居住环境方面的条件，使人们的生活更加便利，也是更加的舒适和多样性。本文从梁式转换层结构设计要遵守的原则开始着手，简述梁式转换层结构设计的内容并结合工程案例进行分析。

【关键词】建筑结构；结构设计；梁式转换层；设计方法

1、 引言

当前我国建筑逐渐向着综合性、功能更多样、更复杂的方向发展，因此在结构设计时，通常会采用更为复杂的结构形式，在不同的结构形式连接之间设置转换层，以承受由于建筑体型复杂带来的竖向抗侧力构件、侧向刚度和受剪承载力带来的改变。在建筑中设计安装转换层结构，既可以保证建筑具有较大的底部净空空间，又可以实现不同结构类型之间的转换。为了适应上下层之间不同结构类型的转换和不同柱网、轴网之间的过渡，以满足建筑结构的适应性同时节省出资源空间，实现建筑的具体建筑功能。

2、梁式转换层结构设计的作用和原则

2.1合理减少转换层以下各层竖向构件

建筑中，转换层以下各层竖向结构的不合理增多会影响转换层结构性能，在梁式转换层结构实施的过程中，可以相应的减少转换层以下各层的竖向构件，保证建筑工程的多功能使用要求。

2.2落地剪力墙应合理布置

在建筑工程梁式转换层结构实现过程中，部分剪力墙因建筑物功能要求，在底部必须转换方可满足建筑的功能性要求；各剪力墙能够连续设置刚应尽可能连续，且落地剪力墙应根据建筑结构体系的平面布局尽可能均匀设置以使各竖向构件分担的地震剪力相对均匀，避免应力过于集中。如直接落地的剪力墙不能满足转换层上下的刚度要求，仍应在相应的地方设置单独的剪力墙，以增加转换层以下各层的侧向刚度。

2.3提高转换层结构的刚度

转换层作业上部被转换构件的支托，应有足够的刚度确保上部结构的变形协调，这样才可以保证转换层结构地震效应和风荷载效应下的变形满足要求。同时转换层下部转换层下部的竖向结构构件须能完全承载建筑物的竖向使用荷载和水平应力，可提高转换层下部结构的刚度同时也应具备足够的整体承载能力，以当确保转换结构既能满足变形协调要求。

2.4结合实际设计转换结构

建筑物所处工程建设场地要实地勘察，收集与建筑物相关的各种环境的数据，详细了解了建筑物建设条件，包括地震烈度、场地类别、建筑物所处志地位置等等。結合建设方提出的建筑物使用功能要求，合理的进行建筑功能布局，既要满足建筑物的使用功能要求，还要考虑结构应有的安全性要求以及建筑物造价的限制性指标；整体转换和局部转换的选择、转换层设置层数的选择，均应根据建筑物的实际需求选择设置。

3、梁式转换层结构设计内容

3.1设计框支梁

在设计之初结构方案选型的阶段，需综合考虑框支梁的布置以及转换层上部的竖向构件布置。只有综合考虑转换层上下竖向构件以及框支梁的设计，才可能设计出合理的结构体系，既能满足结构安全要求和建筑物功能性要求，又能满足建设方对建筑设计的造价方面的限制性指标。

3.2设计框支柱

建筑工程在设计时，必须将抗震情况考虑进去，框支柱的设置除了要满足竖向使用荷载要求还应满足地震应力要求，且框支柱的设置还对建筑物功能性使用空间有较大影响；所以框支柱的设置要综合几方面因素：1.建筑物功能性要求，这是转换设计的最根本性目的，框支柱的设置如严重影响使用功能则转换设计是不成功的，2.建筑物上部结构结构对框支梁的要求，在条件许可的情况下，宜在框支梁两端设置框支柱，3.抗震设计对底部转换层的刚度要求，布置框支柱时应同时布置相应的落地剪力墙，以满足规范对转换层上下刚度比的要求，如上部剪力墙在不影响使用功能的情况下应可能的不转换，在落地剪力墙不能满足结构刚度要求的情况下，应在适宜的地方设置相应的剪力墙，以保证刚度比满足规范要求和建筑物安全要求。一般框支柱以承担竖向应力为主，承担水平应力及地震剪力以不大于50%为宜。

3.3设计转换层结构楼板

转换层上部结构变形协调要求转换层必须在水平向拥有足够的刚度，转换层楼板的设置是框支梁侧向刚度的重要保证，帮规范对转换层楼板的厚度与配筋均有最低限度的要求，以确保转换构件的变形满足要求。但是结合实际工程，多数转换结构设计为局部转换或转换层带有一定量的裙房，此为情况的转换层楼板厚度及其设置范围应结合上部剪力墙的应力和转换梁是否因建筑物功能限制有偏置等情况综合考虑。

4、工程案例分析

某建筑工程为商业住宅合用的高层建筑，其高度为70.77m，共有24层地上楼层和2层地下室组成，其中1～3层为商业用房，4～24层为居民住房。地下室层高4.5m，商业用房层高分别为4.5m和4.65m，住宅部分层高为2.8m。在结构设计时，主体部分采用剪力墙结构，此外由于不同空间的使用要求，必须在2层的顶部设置转换层。

4.1 转换层结构布置

由于上部住宅空间划分细致，所以在转换层需要设置的部分转换梁梁端未设置框支柱，即设置转换主梁和次梁；同时设置了部分短肢剪力墙以满足建筑功能要求，转换层结构布置平面如图1所示。

4.2 结构计算

为了计算本工程结构的转换梁所受内力，采用了有限元软件SATWE进行计算。计算时采用了墙元模型进行模拟，根据经验初步选定转换梁截面并进行整体结构的计算，从中得到转换梁所受的设计剪力，按照规范计算公式进行截面尺寸的校核。除了强度验算外，还有进行刚度的验算，最终确定根据建筑转换层的尺寸：层高为4.45m，转换梁的最大净跨度为7.5m，大梁截面尺寸为900×1600（mm），800×1500（mm），600×1200（mm）。另外梁的宽度和高度均满足设计要求，再依据规范对框支柱轴压比的限定，确定框支柱主要截面尺寸：1000×1200（mm），1100×1100（mm），1000×1000（mm）。

结语：

综上所述，梁式转换层结构的设计在建筑工程是有重要地位的。随着经济的发展，人们对建筑工程的功能要求越来越多，特别是为了集约和节约用，随着城市化进程，城市中心区的建筑复杂的使用功能要求越来越多，根据实际使用需要，越来越多的建筑物采用转换结构，在满足人们多样化的使用需要的同时，转换结构设计在建筑设计中安全性要求亦不可忽视。建筑行业还在不断的发展，不断的为人们创造更好的生活条件，所以我希望在我们共同的努力下，建设更好的未来。

参考文献：

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作者简介：

苗金国（1978-），男，工程师，本科，主要从事建筑设计工作。