高层建筑梁式转换层结构设计分析黄飞

高层建筑梁式转换层结构设计分析黄飞

黄飞

华蓝设计（集团）有限公司

摘要：为了最大化高层建筑利用率，增加建筑空间分割的灵活性，转换层结构得以诞生和应用。通过应用梁式转换层结构，不仅可以增强高层建筑设计灵活性和施工便捷性，也有助于节省施工成本。本文以梁式转换层结构为研究对象，就其设计原则和要点工作进行了深入探讨，希望不断提升梁式转换层结构设计质量。

关键词：高层建筑；梁式转换层；设计

引言

随着人民生活水平的不断提高，对高层建筑的要求也越来越高。人们从对高层建筑单一的居住和生活需求，逐步向多元化和多样化发展，这使得高层建筑的结构也趋于复杂。现在大多数新增的高层建筑都存在多种用途，从表象上来看，建筑物分为两个层面，上面是居住或者写字楼商用，而下面是大型的商场或者商铺。从建筑物的功能上来看，上部需要更多轴线布置和墙体，实现空间的细致切割，下部则需要减少墙面，增大柱网，满足商场、餐厅等对巨大灵活空间的需求。这样，导致高层建筑存在较大的上下差异，需要通过转换层的设计来满足各种不同的需求。

1、梁式转换层在高层建筑结构设计技术分析

1.1、梁式转换层结构设计概述及特点

在我国目前很多的高层建筑的施工过程中经常用到梁式转换层，此举就是为了满足人们对于建筑质量日益增长的需求。由于转换层的种类非常多，因此我们必须充分的了解和分析各种转换层的原理，只有这样才能运用起来更加合理。梁式转换层可以平衡的分配高层建筑的上下荷载，这有利于避免结构因为受力过度的集中在某一部位导致出现形变，从而保障了建筑结构的稳定性。比如在一些梁式的转换层中增加了一些线路或者管道，这些都是可以增加建筑物的功能，可以满足用户的取暖、水电等生活需求。

1.2、设计原则

在高层建筑设计和施工时，安全和稳定是首要考虑的事情。由于高层建筑的混凝土结构，本身质量很大，转换层的出现，造成了建筑物本身出现了一定的竖向刚度突变。这种突变会导致建筑物本身的抗震性能减弱，因此在进行转换层结构设计时，应充分考虑以下原则：

直接落地的竖向结构：为避免竖向结构产生突变，引起建筑物抗震性能减弱，应尽量保持竖向结构能够直接落地。

力量的传递要更加直接：要确保有更加直接的力量传递路径，如果转换层的竖向结构为上下主体，应尽量避免复杂的多层传力设置，不考虑甚至不采纳厚板转换（传力复杂、抗震不利）。如果遇到上下柱网无法保持对齐，可以尝试箱形转换的方式。

优化转换结构：为避免在发生地震时，建筑物的下框支柱或者边柱的柱顶，其弯矩和柱剪力出现异常增大的情况，应注意对转换结构进行优化，可以采用斜腹杆桁架、空腹桁架和扁梁等方式，对转换结构进行优化。

对称布置：有一部分墙和柱子，在梁上转换层以上，如果出现不对称的情况，或者梁上立柱没有设置居中，会导致转换梁发生变形，引起梁上立柱的柱脚产生比较大的转动，进一步导致立柱柱脚产生变形，引起柱的弯曲甚至剪切的情况出现，最终导致立柱出现超筋的不良后果。

2、有梁式转换层的高层建筑结构设计要点

2.1、工程概况

某工程建筑为高层商住一体楼，盖楼共建设29层，其中地下二层，地上27层。地上1~3层为商铺，每层层高为4.5m，第4层为转换层，层高设计为5.7m，五及以上各层为住宅，采用剪力墙结构，层高均为3m。结构体系为部分框支剪力墙结构，建筑总高度为88.65m（含室内外高差0.45m），工程抗震设防等级Ⅵ度，地震基本加速度值为0.05g，建筑的场地类别Ⅱ类，设计特征周期值为0.35s，属稳定适宜建筑场地。

2.2、转换层的计算方法

一般情况下在完成转换层整体的计算以后需要利用相关的计算软件来计算转换层，这主要是为了补充计算结构局部的压力。在局部分析高层建筑的转换层时，不但要保证在计算模型中包括转换结构的上楼层和下楼层，还应该充分的考虑楼层楼盖的平面内部的刚度，然后要根据实际的情况选择合适的计算模型。因为框架剪力墙的计算相对来说比较复杂，上部的剪力墙和下面的很多框支柱都有连接，因此如果出现连接错误的现象，那么就会出现非常大的误差。因此，在计算框架剪力墙转换层的时候应该在上下部直接设置转换梁，这能够保障上部的剪力墙和转换梁能够充分可靠的连接在一起。

2.3、转换层构件的设计

2.3.1、剪力墙的设计要点

对于底部大空间层，应该设置落地剪力墙，最好成组的布置落地纵横剪力墙。

为避免出现竖向的刚度突变，应当对空间保持较强的刚度，确保转换层的承载力较强，能够将上层剪力传递到落地墙上去。

尽量不要开竖向不规则的洞口，特殊情况，洞口部位结构应特别加强。

2.3.2、转换梁的设计要点

确保箍筋配置得当，截面尺寸由梁的剪压比来确定；

针对洞口部位，要进行加强处理，必要时增加箍筋或者其他加强构件；

针对框支梁的宽度，应当注意，和上部剪力墙的厚度相比，应至少达到于2倍墙厚以上且不小于400mm。

2.4、做好结构竖向布置

为了有效防范高层建筑刚体结构出现形变问题，必须要在进行高层建筑梁式转换层结构设计过程中科学、合理地布置梁式转换层的相关竖向结构，具体的布置方法和要点主要包括如下几个方面：其一，要通过科学计算来确定剪力墙数目，借此来增强建筑结构竖向结构的稳定性和抗震性能。其二，在设置转化层结构的过程中，可以适当地增加剪力墙厚度，增强建筑结构的整体支撑性能，一般可以增加至600mm。其三，在结构布置的过程中，为了减少建筑层体设计中的刚度变化，需要注意固定建筑下侧的剪力墙，同时要尽量避免在其周边进行开洞处理，但是如果必须要进行开洞，那么要确保洞口尺寸尽量要小，从而全面确保高层建筑梁式转换层结构的稳定性。

2.5、转换层抗震设计

通过大量的数据表明，在发生地震灾害时，高层建筑发生损坏或者倾倒的部位大多集中在底部转换层部位。如果在进行转换层的抗震设计时，转换层部位太高（托柱转换和个别构件转换可以不受转换部位的限制），将大大降低建筑物的抗震性能。本工程由于采用了框支剪力墙结构作为转换层结构，建筑高度为88.65m，抗震设防等级为Ⅵ度。转换层数四层属于高位转换，一层至转换层及转换层以上两层为剪力墙的底部加强部位。框支框架和底部加强部位的落地剪力墙抗震等级为一级，转换层以上两层非落地剪力墙的抗震等级为二级，非底部加强部位的剪力墙的抗震等级为三级。转换层越高，地震的发生越容易产生对建筑物的破坏。因本工程的转换层大于三层，故框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级应当比转换层数不大于二层的结构提高一级。

结束语

总之，梁式转换层结构设计是高层建筑结构设计的重要组成部分，其直接关注建筑结构整体刚度、稳定性和抗震性能。但是为了确保梁式转换层结构设计的质量，必须要在遵从其基本设计原则的基础上，做好抗震等级确定、结构平面规划设计等关键设计环节工作，力求可以有效地提升高层建筑结构的整体质量。

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