谈高层建筑梁式转换层结构设计

王凤平　鲁存玉

摘 要：在高层建筑的施工中，进行整体建筑的稳定性和保障是非常有必要的。为了对高层建筑梁式转换层进行稳定性设计，在满足施工要求的同时，还要保证高层建筑的施工质量，所以需要在结构设计上进行充分的论述。

关键词：高层建筑;施工设计;转换层结构

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.070

进行高层建筑的建设，是由于当前土地资源逐渐短缺，不得不选择的一种新的建筑模式。高层建筑在建设过程中，最受人们关注的是安全性和稳定性，而作为高层建筑中的重要结构，梁式转换层的结构，承担着上下双层的压力，需要对荷载进行合理的配置，解决长期的压力带来的变形问题等。因此，施工前期、中期、后期，在梁式转换层的设计方面，都针对不同的功能设定进行设计，以满足整体建筑的需要。

1 梁式转换层的设计准则

进行梁式转换层的设计，要考虑竖直构件的使用数量，施工中，对于施工数量要求有一定的规格，尤其是刚度问题上，避免由于过多地使用导致的转换层的隐患发生。再就是要注意严格分配比例。按照转换层的设计要求，确保发挥转换层的作用，确保施工的实际受力均衡性，保证内力承受能力要得到内力发挥。受力精准性也是进行梁式转换层的结构设计需要注意的问题，在施工的时候，保证以公式计算为基础，促进梁式转换层要保证受力均匀性，提高高层建筑的受力标准型。在进行梁式转换层的强度分配上，保证基础受力不能随意。对于强度进行分配，保证梁式转换层的受力不均匀，对强度进行合理分配，发挥其高层建筑空间转换整体设计能力[1]。

2 案例分析

某酒店总建筑面积约6.3万m2。地下2层，塔楼建筑地上23层，总高度98米;裙楼地上4层，功能为综合商业。塔楼立面为渐变的不规则自由曲面，凹进或突出。建筑整体的重心与形心偏置，在竖向荷载作用下有倾覆的趋势，需要结构设计进行深入的分析。

2.1 塔楼结构模型

建筑平面像颗“花生”，平面形状和柱位随着建筑外形变化，没有标准层。甚至算上建筑面层高度内的退进，建筑边线与结构板边线也不同。设计师画平面图画得一度崩溃（不堪回首）。借助了BIM支持，协调了建筑、结构、设备和幕墙的空间关系。平面尺寸约56m×29m，长宽比约为2：1。核心筒更加狭长形，长宽比约为3.3：1，因此结构X、Y方向的刚度相差较大，并且抗扭刚度较弱[2]。

2.2 框支柱的设计结构体系

塔楼的结构体系为钢框架-钢筋混凝土核心筒。为配合建筑立面的曲线形凹进、突出，大量应用了随着立面曲折的斜柱。为了满足底部大堂的使用空间和效果，底部5层以下采用V形斜柱，平面内倾斜角度约为17°。在第5层高位转换承接塔楼钢框架柱。

2.3 框质量的设计分析以及结构布置

因为建筑整体的重心偏置，同时V形柱内倾导致抗倾覆力臂减小，结构设计时刚度平衡和抵抗倾覆是关键点之一。通过调整核心筒剪力墙的长度、厚度、长墙开洞，增强了结构短向的抗侧刚度以及整体抗扭刚度。对于芯筒狭长形的结构，建筑的房间、走廊、电梯厅等不同功能区域的净高需求和设备管线各不相同。确定转换层的梁高相对建筑协调和设备管线来说更加重要。设计中V型柱采用焊接箱形截面，700x700x35～40mm，内灌C50混凝土，以增大构件刚度和承载能力。上部钢框架柱焊接箱形截面500x500x30mm，隐藏在房间隔墙内。由于大部分楼层内存在斜柱，本项目楼面采用了平面内刚度更好的钢筋桁架组合楼板。

3 高层建筑梁式转换层的设计要点以及常规结构分析

（1）对结构做常规的分析，包括动力特性、小震和风荷载下的整体刚度、承载力、规则性（刚度比、抗剪承载力比、位移比、质量分布等），以及构件设计、楼板应力、弹性时程分析等，在此不详细展开了。

（2）对于竖向布置的设计，考虑到上方剪力墙的转换层的竖向受力，保证结构稳定，采用高级配的混凝土材料，提升粮食转换层的稳定程度，做好平面的布局和设计，围绕梁式转换层的周边，增强强度的同时，保证高层建筑的扭转和稳定性能，使得水平方面的位移能够得到距离的控制，达到扭转标准，提高梁式转换层的扭转能力，使用可靠的控制途径，控制好平面布局的数据，避免出现误差。从周期比看，设计的结构抗扭刚度较好建筑Y方向建筑迎风面较大，风荷载作用下的基底剪力约为小震的83%。因此，结构抗侧力设计由地震作用和风荷载共同控制。

（3）对于转换层上下竖向构件不连续，并且存在跃层柱、V柱、斜柱的情况，计算转换导上下刚度比时需特别仔细地研究，以免误判。塔楼结构因为存在扭转不规则、V型柱、斜柱、高位转换等超限情况，需要进行超限专项审查，其抗震性能化设计目标定为C级。V形柱是结构的关键构件，按性能化目标中震弹性设计。箱形截面内灌混凝土，有效地降低了V柱轴压应力水平。中震组合下柱顶最大应力比0.81，柱底0.58（轴力为主）。

（4）V柱的竖向荷载大，且跨跃了多个楼层，无支撑长度达16.0m，应验算其稳定性能。V柱与周边构件连接较少，结构局部冗余度较低。一旦发生V形柱突然失效的极端情况，结构整体的受力状态和传力路径将发生很大变化，需要考查抗连续性倒塌能力。转换楼层，在竖向荷载下V形斜柱轴力的水平分量，将导致转换楼层内产生很大的拉力，由楼面钢梁和楼板共同承担。

4 结语

为了减小楼面钢梁和楼板的应力，在本层楼板内布置预应力钢筋，才最小的代价实现了拉力的自平衡。在转换层核心筒内布置了水平贯通的型钢，适当加强了转换层的板厚和转换楼层在竖向荷载下斜柱轴力的水平分量，将导致转换楼层内产生很大的拉力，由楼面钢梁和楼板共同承担。为了减小楼面钢梁和楼板的应力，在本层楼板内布置预应力钢筋，才最小的代价实现了拉力的自平衡。此外，还在转换层核心筒内布置了水平贯通的型钢，适当加强了转换层的板厚和配筋。

参考文献：

[1]張辉.梁式转换层建筑施工技术研究[J].建材发展导向（上），2019，17（01）：238.

[2]阮鸣.带梁式转换层结构的高层建筑结构设计[J].中国房地产业，2019（02）：236.