高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

陳靜

摘 要：在市場經(jīng)濟和科技技術(shù)的推動下，建筑行業(yè)得到了更多的發(fā)展空間，高層建筑也越來越多，在高層建筑結(jié)構(gòu)中，梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最多的。這種結(jié)構(gòu)在建設(shè)構(gòu)造上比較簡單，還有較強的受力性能，主要是施工更加方便，能節(jié)省很多施工成本，在越來越多的高層建筑中都被應(yīng)用。本文分析了高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞：高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層；設(shè)計

中圖分類號：TU97 文獻標(biāo)識碼：A

高層建筑能有效緩解土地資源的使用情況，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計上人們也更加注重建筑的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全性。應(yīng)用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)能讓高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理，讓其有更大的活動空間，而且還能讓高層結(jié)構(gòu)受力更加均衡，整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性都得到了有效提升。在實際梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，施工人員要把握好設(shè)計的原則，根據(jù)建筑的實際功能和特性進行設(shè)計，避免有浪費的情況出現(xiàn)，這樣也才能使建筑自身的經(jīng)濟效益提高上來。

一、梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計原則

建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結(jié)構(gòu)類型，并通過該樓層進行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，則該樓層稱為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。高層建筑結(jié)構(gòu)中，很多設(shè)計師都比較青睞梁式轉(zhuǎn)換層及設(shè)計，這一結(jié)構(gòu)能讓建筑物實現(xiàn)豎向剛度突變的目的。但是這一結(jié)構(gòu)也是有一定缺點的，梁式轉(zhuǎn)換層是比較脆弱的，它的抗震性比較差，一旦有地震發(fā)生就很容易受到損壞。所以，設(shè)計人員要在這方面對其進行改進，保證其質(zhì)量達到一定標(biāo)準(zhǔn)。

1 設(shè)計梁式轉(zhuǎn)換層時，要控制使用豎直構(gòu)件的數(shù)量，這樣能使轉(zhuǎn)換層的剛度突變有效地降低，在地震作用力下，也就不會梁式轉(zhuǎn)換層有較大的破壞，從而使建筑整體結(jié)構(gòu)的抗震性能有所提高。

2 在設(shè)計梁式轉(zhuǎn)換層時，要控制好其剛度，轉(zhuǎn)變層的跨度和梁高有很多的關(guān)系，通常情況下，高度是要比跨度高出1/6的，這樣能使轉(zhuǎn)換層內(nèi)力更加合理的分配，也能使結(jié)構(gòu)部件更合理的布置。同時，轉(zhuǎn)換層還要和剪力墻有更好的承重力，以此使梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有所保證。

3 設(shè)計轉(zhuǎn)換層樓板也是很重要的，有不少施工單位都會將樓板的剛度設(shè)定為無限大，在保證框支柱和剪力墻剛度在成正比例位置的情況下對其進行分配，這時樓板的上部結(jié)構(gòu)會在剪力墻底部的作用下也進行水平方向傳遞。但是剪力作用幾乎都由樓板來承受，從而使其受到豎向荷載力，這時樓板受力狀態(tài)會更大，甚至有變形情況出現(xiàn)。建筑架構(gòu)會受到樓板強度和剛度的影響，所以在樓板的選擇上，要先監(jiān)測其承受能力，合格之后才可以投入使用。

4 對梁式轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的剪力墻進行布置時，要使它和梁柱呈現(xiàn)對稱的特點，可以在轉(zhuǎn)換梁跨中對梁上柱進行設(shè)置，這樣一來，就算轉(zhuǎn)換梁出現(xiàn)了變形情況，梁上立柱也不會有較大變形情況出現(xiàn)。而且，梁柱角要是有變化，就很容易發(fā)生變形，在彎曲的作用下梁上立柱也會有剪切力產(chǎn)生，過多的荷載力也會立柱內(nèi)部產(chǎn)生。所以，要想保證轉(zhuǎn)換層不出現(xiàn)變形，就要讓剪力墻和立柱保持對稱。

5 梁式轉(zhuǎn)換層在設(shè)計的時候，還要做好相關(guān)的計算工作，對其變形狀態(tài)做出仔細分析，還可以利用三維空間模型，分析梁式轉(zhuǎn)換層的實際結(jié)構(gòu)情況。然后再通過有限元的計算方法去補充轉(zhuǎn)換層中有缺陷的結(jié)構(gòu)，要是轉(zhuǎn)換層不同，計算模式的實際應(yīng)用也會有所不同，在計算應(yīng)用的時候，要結(jié)合建筑的實際情況去分析，確保模型邊界條件都和實際要求相符合。

二、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

1 轉(zhuǎn)換梁截面的設(shè)計方法

在設(shè)計轉(zhuǎn)換層截面的時候，首先要考慮的是梁的受力性能，還有轉(zhuǎn)換層的受力形式，然后再選擇合適的計算方法。這種截面主要有托柱形式的轉(zhuǎn)換梁截面以及托墻形式的轉(zhuǎn)換梁截面這兩種。其中，在設(shè)計托柱形式的轉(zhuǎn)換梁截面時，要對截面尺寸范圍進行充分考慮，該梁受力形式和普通梁受力形式差不多，所以在設(shè)計截面的時候應(yīng)該將配筋情況考慮在其中，然后再選擇計算方法。要是轉(zhuǎn)換梁的承托形式是斜桿框架，那么軸向拉力將會對它有所影響，這時候，設(shè)計人員就要將偏心受拉構(gòu)件的原理考慮建立，從而更優(yōu)化地設(shè)計截面。在設(shè)計托墻形式的轉(zhuǎn)換梁截面時，要將轉(zhuǎn)換梁和上部墻體一起工作的結(jié)構(gòu)考慮在內(nèi)，而且在這里面還會有深梁現(xiàn)象存在，所以在該項截面設(shè)計的時候更應(yīng)該用深梁截面方法進行設(shè)計，在有些情況下，也可以用應(yīng)力截面的設(shè)計方法，根據(jù)特定的計算公式將縱向鋼筋的數(shù)量算出來，在布置鋼筋的時候，還要保證是沿著梁高進行配置的。

2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計方法

在轉(zhuǎn)換層附近不光是結(jié)構(gòu)豎向剛度發(fā)生容易發(fā)生突變，還有可能有豎向側(cè)力構(gòu)件出現(xiàn)不連續(xù)的情況，這會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層附近有結(jié)構(gòu)傳力發(fā)生突變的情況，特別有強震作用推動的情況下，薄弱部位也就會相應(yīng)產(chǎn)生。要想將轉(zhuǎn)換層的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)剛度都有所提高，就要在轉(zhuǎn)換層附近將結(jié)構(gòu)的構(gòu)件強度加大，這樣才能讓水平剪力的傳遞有所保證，而且在發(fā)生強震的情況下，還能讓結(jié)構(gòu)底層有一定的延性，不受到破壞。

3 轉(zhuǎn)換層分析計算的方法

對轉(zhuǎn)換層整體進行計算之后，還要用平面有限元這一計算軟件對轉(zhuǎn)換層本身進行計算，主要是補充計算其局部的應(yīng)力。對局部進行分析的時候，要保證轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的上樓層和下口曾都在計算模型中，還要將樓層的樓蓋平面所承受的剛度影響考慮在內(nèi)，并根據(jù)實際的轉(zhuǎn)換層情況選擇合理的計算模型。對框支剪力墻進行計算要復(fù)雜一些，其上部剪力墻要連接到下面很多根支柱，一旦有連接不正確的情況，計算就會有較大的誤差。所以計算的時候，最好在上部剪力墻和下部轉(zhuǎn)換柱上都設(shè)立一個轉(zhuǎn)換梁，讓轉(zhuǎn)換梁連接到墻肢上。

4 轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計

梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計構(gòu)造要求：①轉(zhuǎn)換層樓板要將上層結(jié)構(gòu)的水平剪力傳遞到下層抗剪結(jié)構(gòu)上去，本身承受很大的平面內(nèi)剪力，同時又承受部分豎向荷載。因此要求樓板要有足夠的強度和剛度。②轉(zhuǎn)換層大梁是承托上部剪力墻或柱傳下來豎向荷載的重要構(gòu)件。本身受力很大，它是整個結(jié)構(gòu)抗震安全的關(guān)鍵部位。因此，轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計在整個轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計中至關(guān)重要。

5 轉(zhuǎn)換層的抗震設(shè)計

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)中，由于設(shè)置了轉(zhuǎn)換層，沿建筑物高度方向剛度的均勻性受到很大的破壞，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)豎向承載力構(gòu)件不連續(xù)和墻、柱截面的突變，導(dǎo)致傳力路線曲折等，因此轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震性能較差。為保證設(shè)計的安全性，規(guī)定“部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)置在3層及3層以上時，其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級宜按《高規(guī)》的規(guī)定提高一級采用，已經(jīng)為特一級時不再提高”，提高相關(guān)構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施，而對于底部帶轉(zhuǎn)換層的框架，核心筒結(jié)構(gòu)和外圍為密柱框架的筒中筒結(jié)構(gòu)的抗震等級不必提高。對轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用的計算內(nèi)力需調(diào)整增大。在8度抗震設(shè)計時，還應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。

6 托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法宜采用深梁截面設(shè)計方法或應(yīng)力截面設(shè)計方法，且計算出的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當(dāng)分布配置。由于此時轉(zhuǎn)換梁跨中較大范圍內(nèi)的內(nèi)力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應(yīng)全部伸入支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體為小墻肢時，轉(zhuǎn)換梁基本上可按普通梁的截面設(shè)計方法進行配筋計算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉(zhuǎn)換梁的底部。

7 樓板設(shè)計

由于結(jié)構(gòu)上部的水平剪力要通過轉(zhuǎn)換層傳到下部結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層樓面在其平面內(nèi)受力很大，樓板變形顯著，因此要適當(dāng)加厚轉(zhuǎn)換層樓面，建議采用厚度不小于180mm的現(xiàn)澆板，這樣有利于轉(zhuǎn)換層在其平面內(nèi)進行剪力重分配，并加強轉(zhuǎn)換大梁的側(cè)向剛度和抗扭能力，也可使實際情況更符合結(jié)構(gòu)整體計算中樓層剛度無限大的基本假定。而且混凝土強度不小于C30，并采用雙向雙排鋼筋網(wǎng)，每排鋼筋的配筋率不小于0.25%，轉(zhuǎn)換層樓板不宜有大的開洞，當(dāng)開洞時應(yīng)在洞口四周設(shè)置次梁或者暗梁，樓板開洞位置盡可能遠離外側(cè)邊，與轉(zhuǎn)換層相近的樓板也應(yīng)加強。

結(jié)語

綜上所述，在高層建筑工程中，梁式轉(zhuǎn)換層大結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作具有較強的專業(yè)性。設(shè)計人員在具體的設(shè)計過程中需要具有清晰的頭腦，對于相關(guān)設(shè)計理念進行全面的了解和明確，分析和計算不同轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，使平面和空間的有限元程序確定下來，有利于建筑工程工作任務(wù)的減少和施工人員施工質(zhì)量的提高。設(shè)計人員在進行梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計方案優(yōu)化的過程中，需要充分考慮梁的承載能力，事先對梁的受力性能進行全面的了解。如果普通梁結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)之間的差異比較大的話，設(shè)計人員需要采取有效的措施保證轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，從而使高層建筑整體結(jié)構(gòu)的可靠性得到保證。

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