关于高层建筑梁式转换层结构设计的探究

关于高层建筑梁式转换层结构设计的探究

朱俊铿

佛山市顺德建筑设计院股份有限公司   528300

摘要：在高层建筑支架转换中，梁式转换层结构设计尤为重要，梁式转换层作为进行结构转换的结构层，实现了工程结构支架，在确保基础功能的条件下，增强了建筑工程结构的稳定性。本文主要探究了高层建筑梁式转换层的设计原则以及设计要点。

关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计

引言：为满足城市发展以及人口激增的需要，城市建设中的高层建筑数量大量增加，由于其结构形式特殊，因此为提高建筑结构的稳定与安全，必须进行科学的结构设计。梁式转换层结构在高层建筑中有着广泛的应用，能够满足建筑结构设计要求，使设计上更加灵活。为了提高高层建筑梁式转换层结构性能，需要依据设计原则明确结构设计要点，确定项目参数，使工程结构的稳定性、安全性达到标准。

一、高层建筑梁式转换层的概述

转换层能够保证建筑的主要功能，但受到层高的限制以及专业设备的要求，所以转换层主要包括梁式转换层、箱式转换层等不同形式。梁式转换层能够将上部的剪力墙落在框支梁上，框支柱支撑框支梁的结构，实现双向梁布置，不仅施工设计非常简单，而且也能够在高层建筑中广泛应用。但梁式转换层存在着空间受力复杂的问题，所以需要对框支柱的应力进行分析。支撑柱形式的梁截面设计传输梁支撑上部普通框架时，传输梁的力基本上与传输梁共同截面尺寸范围内普通梁的力相同，加固计算通常可以根据梁截面设计方法进行。当梁支撑上对角框架时，梁承受轴向张力，此时截面设计要以偏心张力构件为基础。当传输梁不打洞，支撑上壁上壁时，传输梁和上壁共同作用，使力特性和故障模式呈现为深梁。或者，应力截面设计方法和计算出的纵向钢筋应沿整个梁高度适当分布。在输送梁的较大跨度中内力相对较大，底部纵向钢筋不能被切割或弯曲，必须全部延伸到支座。如果传输梁支撑的上墙是小墙，则传输梁基本上可以根据普通梁的截面设计方法计算，并根据普通梁在传输梁的底部放置纵向钢筋。

二、高层建筑梁式转换层的设计原则

高层建筑梁式转换层的设计需要遵循以下几个原则：首先，减少转换。在建筑施工过程中应该保持竖向主体结构的持续性，保证混凝土转换层始终保持上下数值的结构，减少施工过程中的转换次数。其次，优化转换结构。高层建筑的抗震性能是保证其结构稳定的重要因素，高层建筑更要重点关注其抗震的能力，要从各个层次加以关注，保证建筑结构之间的稳定性，利用扁梁、支柱等结构工具进行抗震结构的建造，使之更符合抗震设计的要求，当然，这类结构也容易存在柱剪力过大的问题，因此要提高结构在重力荷载条件下的强度与刚度标准。再次，直接传力。高层建筑梁式转换层设计要遵循减少转换的重要原则，尤其是上下主体为竖向结构的设计，因为间接付力或多级转换会影响到抗震后板结构的稳定性，直接传力设计可以减少复杂的多级转换，避免水平转换结构应用间接传力，保证其传力的稳定性。最后，保证结构的强度。高层建筑梁式转换层的刚度、强度是结构设计的核心要素，要保证结构之间的设计合理，能够受力均匀。

三、高层建筑梁式转换层的设计要点

1、转换大梁设计

转换层大梁是梁式转换层非常重要的组成部分，是主要的承重结构，既有来自上部剪力墙的荷载，还要承受柱传递的力，因此在对梁式转换层结构进行设计时，要详细计算受力情况，合理考虑各类计算参数，如刚度、强度、变形等，据此来设计梁的截面形式和面积，进行转换梁构造设计。托柱形式的转换梁若是对上部普通框架进行承托，可与普通梁的截面同等设置，若上部是斜杆框架，考虑到轴向拉力作用，需按偏心受拉构件设计；托墙形式的转换梁在对上部满跨墙体进行承托，转换梁墙体没有开洞时，其破坏形态、受力特征表现为深梁，需采用截面设计、深梁截面设计。大梁设计时要少采用单向梁，转换梁与框支柱截面中线宜重合，尽量不要进行开洞，否则洞口的位置需设置在轴和梁中附近，上下弦杆要加设纵向钢筋和抗剪箍筋，此外还要保证大梁的配筋率、接头位置合适、混凝土强度等级合适，确保转换梁满足承载力的设计要求。

2、竖向荷载设计

转换层结构构件需要承受上部结构传下来的巨大竖向荷载，或悬挂下部结构的多层荷载，因此，控制转换层结构设计的主要因素是竖向荷载，应该严格控制结构构件的竖向挠度、减少竖向构件。在进行高层建筑梁式转换层的结构设计时，应该最大限度地控制好竖向构件数量。高层建筑竖向构件越多，需要进行转换的竖向构件就会越多，转换层造成的刚度突变就越大，对结构抗震就越不利。竖直构件是刚度突变的主要来源，根据具体的计算数据降低竖直构件的使用数量，避免竖直构件影响转换效果。另外，需严格按照比例分配，保障内部力度传输的平衡性，发挥转换层力度均衡的优势，有效承担高层建筑的内力。

3、上部框架设计

在转换层上部框架设计时，应遵循强柱性弱梁柱的设计原则，设计人员应保证梁的端部有塑性铰链，目的是提高柱梁的安全性。通过对梁式转换层的试验研究表明，梁式转换层与柱的连接位置往往非常不均匀，极易发生安全事故，且梁式转换层的受力仍有一定的复杂性，应力比较集中，为此，设计者在进行具体设计时，应充分考虑到框架的受力情况，再进行科学合理的设计。例如，在转换层上部框架的设计中，设计者应该充分计算相关应力，以确保设计质量。此外，对于与框架相连的纵向钢筋，设计者还应对其进行合理设计，以提高柱的稳定性，保证上部框架的安全可靠。具体而言，当抗震等级为1级时，配筋分布的概率应大于等于1%；当抗震等级为2级时，配筋分布应大于等于0.8%；当抗震等级为3级时，配筋分布应大于等于0.7%；当抗震等级为4级时，配筋分布应大于等于0.6%，钢筋间距在80~200 mm之间。

4、楼板设计

由于结构上部的水平剪力要通过转换层传到下部结构，转换层楼面在其平面内受力很大，楼板变形显著，因此要适当加厚转换层楼面，建议采用厚度不小于180ｍｍ的现浇板，这样有利于转换层在其平面内进行剪力重分配，并加强转换大梁的侧向刚度和抗扭能力，也可使实际情况更符合结构整体计算中楼层刚度无限大的基本假定。如果混凝土强度>Ｃ30，并采用双向双排钢筋网，每排钢筋的配筋率>0.25%，必要时，转换层混凝土加1%的钢纤维则抗力效果更佳，它不仅可以使同一等级的混凝土抗剪强度提高45%，而且可以有效的提高混凝土的抗裂性能。转换层楼板不宜有大的开洞，当开洞时应在洞口四周设置次梁、暗梁，楼板开洞位置尽可能远离外侧边，与转换层相近的楼板也应加强。若必须在大空间部分设置楼、电梯间时，应用钢筋砼墙围成筒体。

四、结束语

目前，随着国家的不断进步，经济的不断提升，我国建筑行业虽得到了很大的发展，但是高层建筑转换层结构的理论方法还处于进一步的完善研究中，为了保证其发挥出应有的作用，在进行相应结构设计时，必须不断对比设计方案，选择最为合理的转换层结构类型，并严格按照相关规范进行概念设计，这样才能有效的满足我国建筑行业经济发展的需求，进一步的促进社会的发展。

参考文献

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