梁式转换层的高层建筑结构设计

1、梁式转换层的高层建筑结构设计摘要：转换层是高层建筑设计中的常用结构，具有传力明确和施工简单等特点。文章总结了梁式转换层的设计原则和计算要求，并从结构布置的角度分析了设计要点。关键词：梁式转换层；结构布置；设计要点中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：引言现代建筑趋于高层化和体型复杂化发展，在结构设计中多功能和多造型的要求越来越多，为了满足发展的需要和建筑功能的变化多样，转换层结构在高层建筑中的应用越来越多。相较于其他类型的转换层，梁式转换层具有设计施工简单、经济合理和转换构件明确的优点。本文就其设计中应注意的设计要求进行了概括，分析了转换层构建中楼板及框支梁等的设计特点，对整体的结构布置

2、进行了探讨总结。2.高层建筑梁式转换层设计原则与计算要求2.1梁式转换层设计原则转换层是地震发生时高层建筑中的薄弱环节，转换层的存在使建筑物竖向的整体刚度突变，不利于结构抗震，在建造中要遵循一定的设计原则：1)在设计中尽量降低需结构转换的竖向构件的使用率，尽可能应用直接落地的竖向构件，当整体建筑中转换构件越少时，形成的刚度突变就越小。转换层相对较少的结构是对抗震有利的结构。1转换层本身也应具有足够的刚度设计，一般情况下梁高不小于跨度的1/6的设计是保证转换层以及其下部连接构件内力合理分配的基础，剪力墙柱、转换梁等构件的受力性能良好才能更稳定的完成结构转换。2)设计中尽量对称布置转换层以上的柱子

3、和剪力墙，在转换梁发生变形时，梁上立柱的柱脚会有较大的转角，极易引起柱的弯曲和剪切，并且使立柱产生极大的内力发生超筋，故梁上立柱应尽可能设在转换梁跨中。2考虑到抗震性能，对剪力墙的比例也必须进行一定的控制，一般横向落地剪力墙的数目占比横向墙总数宜大于1/2。3）考虑建筑整体刚度，转换层在高层建筑的竖向位置尽可能设计在较低的范围，较高位置的转换层易使框支剪力墙结构在转换层附近的内力、刚度及传力途径发生突变，形成薄弱环节。当设计中必须出现高位转换时应综合考虑转换层下部框支结构的刚度，控制弯曲、轴向变形及剪切的综合效应，尽量降低内力突变的情况。总之要尽量强化转换层下部空间的强度和刚度，一般通过加大竖

4、向构件主题结构的横截面积、增设剪力墙以及提高混凝土强度的方法来实现，在设计调整构件刚度时同时也要注意均衡协调分布整体刚度。34）带转换层结构设计的计算要求准确全面，其作为整体结构中的重要部分应采用符合实际受力变形状态的计算模型进行立体的结构分析计算，并附加多模型程序进行抗震计算及高位转换等相关计算。42.2梁式转换层受力机理与设计计算梁式转换层只是高层建筑结构中的一个组成部分，在进行其内力分析之前要对整体的结构进行计算分析，再根据转换层竖向刚度不均及结构变化明显等特点利用三维分析及平面有限元等结构软件进行计算。在计算时应注意转换结构是否进入局部计算模型，计算模型要符合实际情况，以梁柱为空间分析

5、基本单元，剪力墙要作为柱单元来进行分析。转换层楼板本身承受着极大的平面内剪力，要将上层构件的水平剪力传递到下层抗剪力结构上，是承托竖向荷载的重要构件，在整个设计计算中至关重要。5梁式转换层结构以梁柱和剪力墙作为传力途径直接进行传力的特点对分析计算有极大的优势。3.梁式转换层的结构布置要点3.1结构竖向布置高层建筑对于其结构布置要求侧向刚度下部大于上部，避免刚度突变，而转换层结构的出现使整体结构有悖于其要求的结构布置，建筑工程中存在高位转换的问题。因此在设有梁式转换层的高层建筑设计中，结构中尽量应用剪力墙落地，强化下部的结构刚度，或直接在底部增设剪力墙结构，可有效提高底部刚度。6除增加剪力墙数量

6、外还可调整增加其厚度，使转换层下部剪力墙厚度大于上部厚度。结构中，底部的剪力墙不宜设有洞口，以免削弱刚度。再适当在转换层上部一些较长的剪力墙中部设置结构洞，这不仅调整了整体结构刚度，还可减轻建筑物负重及梁柱负载承受的力，利于抗震设计的要求。73.2构造布置与措施应协调转换层上下部分结构布置，使转换结构的数量尽量减缩且处于建筑中的较低位置，转换构架尽量靠近支座便于内力的竖向传递。设计要保证框支层上剪力墙洞口上部的连梁形成强剪弱弯，梁内配置交叉斜筋且配筋充分，对于有二次转换梁的转换层，转换主梁在剪跨比较小的区段易出现剪切破坏，荷载经多次传递二次转换梁引起应力相对复杂，次梁正交部位截面应变分布复杂，

7、主梁容易在水平作用力下大角度扭动，梁端形成裂缝，故结构设计布置中应尽量避免二次转换。薄弱部位楼板的平面内变形对结构受力的影响要考虑到结构整体分析中，为使刚心与结构质心尽量重合，要通过调整剪彩力墙的布置方式来避免扭转情况的发生。4.梁式转换层结构的构件设计4.1转换层楼板的设计转换层因为要将处于其结构上部的水平剪力传递到其下部结构，在转换平面内受力较大，楼板易出现变形等情况。在设计中要尽量加厚楼板的厚度，建议采用现浇板且厚度在1.8m以上，这样能加强转换大梁的抗扭能力和侧向的刚度，也利于转换层在其平面内对剪力进行重新分配。混凝土的强度要使用C30以上强度等级的，可采用双向钢筋固定，每排钢筋的配筋

8、率尽量在0.25%以上，另外在混凝土中加适量的钢纤维则可极大程度的提高混凝土的抗剪性能，防止混凝土断裂。转换层的楼板若非必要不宜开设结构洞，若开设洞口则要在其周围以暗梁或次梁加固，且洞口位置应远离转换层外缘以尽量保持其刚度。84.2转换层框支柱与框支梁设计框支柱的轴压比设计关系到结构能否具有足够的延伸性，这关系到结构的抗倒塌能力。在抗震设计中，框支柱轴压比在一级抗震时的应控制在0.7以下，二级抗震应控制在0.75以下而三级抗震时控制在0.8以下。若框支柱的轴压比仅控制在0.85以下则建筑结构不具有抗震性能。另外框支柱可设计部分纵筋伸入框支梁以上的墙体，可加强上下结构的连接可靠性。9框支梁不仅是

9、保证框支剪力墙抗震性能的关键结构，还是转换层上下结构负载的传力枢纽，受力情况较为复杂，且受力较大，设计时尽量设置较多的冗余储备，否则在竖向剪力的作用中梁柱会遭到破坏。要加强框支梁构造，钢筋伸入支座后应设牢固的锚固，对于开设结构洞的部位要加强配筋。5.总结在高层建筑的整体设计中，带有梁式转换层的是整体结构设计中的难点和重点。转换层由于受力复杂，在设计中要较为严格的控制刚度等因素，以便在震害中保持抗震性能。梁式转换层也可根据转换形式分为多种情况，如是否加腋或不同混凝土类型的转换层。实际的工程应用和建设中要不断的对方案进行研究比较，采用有限元分析程序对各方案结构形式转换梁进行受力等分析和科学的计算，尽可能在经济适用的情况下完成安全可靠的工程。参考文献：1邢红勇.高层建筑梁式转换层中连续短梁的设计建议M.江苏建筑,2001(1).2唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工M.北京:中国建筑工业出版社,2002.3罗立波.高层建筑钢筋混凝土梁式转换层施工技术的研究M.建筑科学，2004.4雷静.带主次梁转换层框支剪力墙结构计算分析M.中国建筑研究，2006：7-125李永贵.高层建筑钢筋混凝土梁式转换层施工技术研究J.建筑研究科