实例探讨梁式转换层结构设计

1、实例探讨梁式转换层结构设计摘要：文章简述了高层建筑梁式转换层结构形式和受力特点，并结合工程实例，分析了梁式转换层结构的设计。关键词：高层建筑；梁式转换层结构；设计梁式转换层结构是一种利用下部的转换大梁，将上部剪力墙落在框支梁上，再由框支柱支撑框支梁的结构体系，由于其具有传力路径清晰快捷、工作可靠、构造简单、施工方便等优点，成为目前国内应用最广的转换层结构型式。 一、梁式转换层的受力特点及结构形式 转换层结构构件可采用转换梁、桁架、空腹桁架、箱型结构、斜撑等。梁式转换层结构是目前高层建筑中使用最多的转换层结构形式，其传力途径采用墙(柱)一转换梁一柱(墙)的形式，具有传力直接、明确和清楚的优点，便

2、于工程计算、分析和设计，且造价较节省。转换梁具有受力性能好、工作可靠、构造简单和施工方便的优点，结构计算也相对容易。研究表明，作为梁式转换层的主要受力构件转换大梁，其受力形式与受力大小受上部结构形式、转换梁上下层相对刚度、转换梁的位置等因素的影响。在这些因素影响下，带有转换层的结构在水平荷载下将表现出不同的受力性能。分析表明，对一般结构转换大梁(跨度小于12m)，上部墙体考虑三层与考虑4层、5层内力的设计控制内力差异不大于5，故在分析计算时可只考虑计算3层。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小，同时转换大梁也会有一段范围出现

3、受拉区。 实际工程中转换梁的形式是各种各样的。从跨数上，可分为单跨、双跨及多跨；从转换梁功能上，可分为托墙和托柱；从上部墙体形式上，可分为满跨和不满跨、开洞和不开洞及开门洞和开窗洞；从转换梁形式上，可分为加腋不加腋；从转换梁结构采用材料上，又可分为钢筋混凝土、预应力混凝土和钢骨混凝土、钢结构等。 根据实际工程中转换梁的应用形式、受力特点及其上部结构形式，可将梁式转换层的结构类型归纳为图l所示几种形式。 图1 梁式转换层的结构形式示意图 二、梁式转换层结构的设计要点 （一）结构抗震等级的要求 抗震等级是根据建筑物的设防分类、设防烈度、结构类型、房屋高度和建筑物使用功能的重要性确定的，根据建筑工程

4、抗震设防分类标准(GB 502232008)的规定，建筑工程分为四个抗震设防类别：特殊设防类(甲类)、重点设防类(乙类)、标准设防类(丙类)、适度设防类(丁类)。对部分框支剪力墙结构，当剪力墙转换层结构位置设置在三层及三层以上时，为了保证设计的安全性，框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级应规范的规定提高一级采用，如果已是特一级时可不用再提高。另外，当转换梁跨度大于8米，在八度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。 （二）结构竖向布置 (1)与建筑专业协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可在底部增设部分剪力墙(不伸上去)。这是增大底部刚度最有效的方法。 (2)加大底部剪力墙厚度。转换层以下

5、剪力墙中，核心筒部分的厚度取为400mm，其余部分的厚度取为350mm。 (3)底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。 (4)落地剪力墙和筒体开洞时，洞口宜布置在墙体的中部。 (5)转换梁上一层墙体内不宜设置边门洞，也不宜在框支中柱上方设置门洞。 (6)框支框架承担的地震倾覆力矩应小于结构总地震倾覆力矩的50%。 (7)适当减少转换层上部剪力墙数目，控制剪力墙厚度，并可在某些较长剪力墙中部开结构洞(结构施工完毕后再用填充墙填实)，以弱化上部刚度，使整个结构竖向刚度均匀变化。弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利，还可减轻建筑物重量，减小框支梁承受的荷载；增大结构自振周期，减小地震作用力。

6、（三）结构平面布局 结构平面布置力求规则简单、规则、对称均衡，减少偏心，尽量使水平荷载的合力中心与结构的刚度中心重合，避免产生扭转等不利影响。 三、转换层结构构件设计 （一）转换梁的设计 转换梁与转换柱截面中线宜重合。为避免脆性破坏和具有合适的含箍率，转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定，其截面高度不宜小于计算跨度的1/8。转换梁截面宽度不应小于其上所托柱在梁宽方向的截面宽度，不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，且不宜小于其上墙体截面厚度的2倍和400mm的较大值。转换梁不宜开洞，若需要开洞，洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施，计值乘放大系数，加强纵向钢筋的配置，箍筋要加密

7、，以增强其承载能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力乘1.2。当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。转换梁的混凝土强度等级应大于C30。抗震设计时，转换梁上、下部纵向钢筋的最小配筋率，特一、一、和二级分别不应小于0.6%、0.5%和0.4%；离柱边1.5倍梁截面高度范围内的梁箍筋应加密，加密箍筋直径不应小于10mm、间距不应小于100mm。转换梁的支座上部纵向钢筋至少应有50%沿梁全长贯通，下部纵向钢筋应全部直通到柱内；沿梁腹板高度应配置间距不大于200mm、直径不小于16mm的腰筋。 （二）转换柱的设计 转换柱的截面宽度，非抗震设计时不宜小于400mm，抗震设计时不应小于450mm；转换柱截面

8、高度，非抗震设计时不宜小于转换梁跨度的1/15，抗震设计时不宜小于转换梁跨度的1/12。有地震组合时，一级、二级框支柱承受的地震作用产生的轴力设计计算值分别乘以1.50，1.2的调整放大系数；与转换构件相连的一、二级转换柱的上端和底层柱下端截面的弯矩组合值分别乘以增大系数1.5、1.3；框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用:框支柱的数目多于10根时，当框支层为1-2层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20%；当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%；而当框支柱的数目不多于10根时，当框支层为1-2层时，每层第根柱承受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框

9、支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%。框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整；抗震设计时转换柱箍筋应采用复合螺旋箍或井字复合箍，并应沿柱全高加密，箍筋直径不应小于10mm，箍筋间距不应大于100mm和6倍纵向钢筋直径的较小值。 （三）转换层楼板的设计 框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内力分布规律是不同的。在下部楼层由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变；而在上部楼层，外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配。转换层楼板承担着完成上下部分剪力重

10、分配的任务；由于转换层楼板自身平面内受力很大，而变形也很大，所以转换层楼板必须有足够的刚度作保证。框支转换层楼板厚度不宜小于180mm，应双层双向配筋，且每层每方向的配筋率不宜小于0.25%。楼板边缘和较大洞口周边应设置边梁，其宽度不宜小于板厚的2倍，全截面纵向钢筋配筋率不应小于1.0%。另外，与转换层相邻楼层的楼板也应适当加强。 四、设计实例 （一）工程概况 南宁市某建筑，地上26层，12层为商业用房，326层为住宅，地下1层，总建筑高度78.4米，采用部分框支剪力墙结构。由于不同的用途需要不同的空间组合形式，因此除了主体中间部分(电梯间、楼梯间等公共部分)布置成落地剪力墙核心筒，其他部分均

11、不能采用落地剪力墙，12层商业为大空间结构，326层住宅为剪力墙结构。必须在2层顶采用结构转换的方法过渡为另一种结构形式。本工程拟采用梁式转换层结构。 （二）设计参数 本工程位于南宁市，丙类建筑，基本风压取0.35KN/m2，设防烈度为6度，框支层框架抗震等级为二级。 （二）转换层结构布置 由于上部住宅空间划分很多，所以在转换层需要设置为二次转换，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。 （三）构造措施 (1)加强底部框支层的刚度和延性。根据转换层结构设计原则，转换层上下结构侧向刚度比值在抗震设计时不应大于2。 (2)加强转换层楼板的刚度及延性，确保水平荷载的可靠传递

12、，楼板厚度取为200mm，双层双向配筋，每层每方向的配筋率为025，尽量不采用大降板，大大加强了整体性。 (3)短肢剪力墙尽量布置在框支柱上，避免在框支柱间设置剪力墙，墙肢可以长一些，这样大幅度降低了转换大梁的弯矩，同时也降低梁高和配筋。选用形式上尽量采用L型、T型，避免使用一字型。 （四）结构计算 本工程选用以墙元模型模拟剪力墙的SATWE空间有限元软件。根据经验初步选定转换梁截面，用SATWE进行结构整体计算，得到转换梁所受设计剪力后，按照该值不大于015fcbh085校核截面尺寸。对转换梁不仅有强度要求，也有刚度要求。本工程转换层的层高为445m，转换梁的最大净跨度为75m，大梁截面尺寸

13、取9002100(mm)，8001800(mm)，6001500(mm)。梁宽度不小于上部墙体厚度(200mm)，梁高度大于梁跨度的16，均满足要求。根据轴压比确定转换柱主要截面尺寸：10001200(mm)，11001100(ram)，1000x1000(mm)。另外，对于一些结构构件采取以下构造措施： (1)转换梁的支座处及上部墙体开门洞附近剪力均较大，箍筋应加密配置；当洞口靠近梁端时，也可采用梁端加腋提高其抗剪承载力，并加密配箍；沿梁腹板高度配置间距不大于200mm、直径不小于16mm的腰筋。 (2)对于二次转换梁，集中荷载引起应力更加复杂，在相应梁端处增设加腋，作为抗剪的安全储备。 (3)转换层上剪力墙洞口上部的连梁，设计上要保证强剪弱弯，在连梁内充分配筋，配置交叉斜筋，保证梁内塑性绞的出现。 (4)转换柱箍筋全高加密，箍筋除满足计算要求外，其直径不应小于10mm，箍筋间距取100mm和6倍纵向钢筋直径的较小值。 结束语 总之，在转换层设计中，正确选择建筑抗震类别是转换层设计的关键点，结合结构布置，正确选择各分部的抗震等级，构件设计应注重抗震延性设计的概念对主要构件进行加强是设计的重点。 参