高層建筑梁式轉換層結構設計

胡道航

摘要：高層建筑工程結構日益復雜，其中梁式轉換層結構就是急需研究設計的一個重點。對高層建筑梁式轉換層結構進行設計時，需要結合其特點確定設計原則，遵循專業(yè)規(guī)范要求，做好每個細節(jié)的優(yōu)化，在保證結構安全性的基礎上，提高工程建設的經(jīng)濟性。本文從高層建筑梁式轉換層結構設計原則入手，對其設計方法做以說明。

關鍵詞：高層建筑；梁式轉換層；結構設計

中圖分類號：TU973文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）09-145-02

前言

應用梁式轉換層結構能讓高層建筑的結構設計更加合理，讓其有更大的活動空間，而且還能讓高層結構受力更加均衡，整體建筑結構的穩(wěn)定性都得到了有效提升。在實際梁式轉換層的結構設計中，施工人員要把握好設計的原則，根據(jù)建筑的實際功能和特性進行設計。

1.高層建筑梁式轉換層結構設計原則

1.1減少豎向構件

高層建筑工程在進行梁式轉換層結構設計過程中，建筑工地需要控制垂直分量的數(shù)量。因為大量的工程垂直分量，將減少轉換組件，減少過渡效果。當結構轉換層剛度突變發(fā)生減少，將降低轉換層結構的整體剛度，反過來將影響抗地震效應，對工程建設的效果造成更大的影響。此外，在建筑物豎向高度方向上，保證轉換層具有足夠的承載力和剛度的前提下，采用靈活的方式開展對整個樓層布局，或在某層局部設置位置，可以采用分段安排或交錯布置。

1.2結構位置布置

提高轉換層結構的合理性的位置，通常上升位置應該設計在一個較低的位置，以避免高轉換層位置過高而對結構的內(nèi)力和框架剪力墻結構剛度造成影響，在嚴重的情況下甚至會降低結構的抗震性能。所以必須對轉換層結構位置進行控制，嚴格遵守高轉換的原理，結合實際需要調(diào)整下部框架，提高結構剛度設計的影響，避免問題的軸向變形。根據(jù)工程經(jīng)驗和研究成果，轉換組件可以使用轉換大梁、斜撐以及厚板等形式。

1.3下部結構剛度

在控制轉換層結構剛度時，需要確保結構頂部和底部的變形和剛度特性之間的統(tǒng)一性。因此，可以通過改善橫向剛度的方法，以確保建筑結構剛度的均勻性，使得質(zhì)量中心和剛度中心的剛度完全集成在一起，避免中心遷移，不斷提高反向控制性能的結構。同時，需要確保結構設計后的簡化結構側向剛度比重從下部上升的總體結構，達到提高簡體截面的控制效果，將工程結構的地震載荷性能控制的專業(yè)范圍內(nèi)，改善結構整體的防震、抗震性能，實現(xiàn)對高層建筑梁式轉換層結構的優(yōu)化。

1.4轉換層計算

轉換層設計之前，必須結合實際情況，從每個鏈接到所有的數(shù)據(jù)采集、計算和分析，最終形成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結構。數(shù)據(jù)計算和分析每個鏈接的結果直接決定了工程結構設計的質(zhì)量，設計人員必須嚴格按照數(shù)學建模的應力變形情況下，利用信息技術和計算機技術來完成三維空間的建設。當數(shù)據(jù)來計算，設計人員可通過有限元方法進行局部的補充轉換結構與計算的轉換方法，完成計算統(tǒng)一整體之間的兩層結構模型，并做好各項模型條件之間相應的處理，確保所有模型數(shù)據(jù)能滿足施工的要求。

2.高層建筑梁式轉換層的結構設計

2.1轉換梁截面的設計

在設計轉換層截面的時候，首先要考慮的是梁的受力性能，還有轉換層的受力形式，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換梁截面以及托墻形式的轉換梁截面這兩種。其中，在設計托柱形式的轉換梁截面時，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，所以在設計截面的時候應該將配筋情況考慮在其中，然后再選擇計算方法。要是轉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，設計人員就要將偏心受拉構件的原理考慮建立，從而更優(yōu)化地設計截面。在設計托墻形式的轉換梁截面時，要將轉換梁和上部墻體一起工作的結構考慮在內(nèi)，而且在這里面還會有深梁現(xiàn)象存在，所以在該項截面設計的時候更應該用深梁截面方法進行設計，在有些情況下，也可以用應力截面的設計方法，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。

2.2轉換層結構構件的設計

在轉換層附近不光是結構豎向剛度發(fā)生容易發(fā)生突變，還有可能有豎向側

力構件出現(xiàn)不連續(xù)的情況，這會導致轉換層附近有結構傳力發(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產(chǎn)生。要想將轉換層的上部結構和下部結構剛度都有所提高，就要在轉換層附近將結構的構件強度加大，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，還能讓結構底層有一定的延性，不受到破壞。

2.3轉換層分析計算

對轉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換層本身進行計算，主要是補充計算其局部的應力。對局部進行分析的時候，要保證轉換結構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換柱上都設立一個轉換梁，讓轉換梁連接到墻肢上。

2.4轉換大梁的設計

梁式轉換層施工的設計要求：（1）轉換層的上層結構的橫向剪切轉移到低水平剪力結構，轉換層本身承受的平面內(nèi)剪力也很大，并且也承受一部分的垂直荷載。所以要求地板應該有足夠的強度和剛度。（2）轉換層大梁支撐上部剪力墻或柱傳下來的垂直荷載的重要組成部分。本身所受壓力是非常大的，它是整個結構抗震安全的關鍵部分。因此，轉換梁的設計在整個轉換層結構的設計是非常重要的。

2.5轉換層的抗震設計

過渡層的高層建筑結構，由于轉換層存在使建筑物剛度沿高度方向的均勻性受到較大程度的損壞，轉換層不連續(xù)的結構組成部分和垂直承載力的墻、柱截面突變，導致輸電線路迂回曲折等，所以，轉換結構抗震性能很差。保證的安全設計規(guī)則規(guī)定“部分的框架剪力墻結構轉換層位置設置超過三層或三層時，其框支柱和剪力墻加強部位的抗震性能最好采用比《高規(guī)》的規(guī)定高一級，已經(jīng)是特一級的將不再提高”，加強相關組件的抗震性能。對底部的轉換層框架核心筒和邊緣密度列管中管結構的框架結構抗震等級不需要改進。轉換層的轉換組件水平提高抗震作用的計算內(nèi)力需調(diào)整增大。

2.6托墻形式轉換梁截面設計

當轉換梁支持頂壁完全不開洞，而轉換梁與上部墻體同時作用，所受到力的形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時宜采用深梁截面設計方法或截面應力設計方法對梁截面進行設計，并計算了縱向鋼筋應沿梁高所有適當?shù)呐渲谩Ｒ驗檗D換梁跨度范圍廣泛的內(nèi)力較大，所以底部縱向鋼筋不應截斷和彎曲，應全部進入軸承。當轉換梁承托上部墻體為小墻肢時，轉換梁基本上可按普通梁的截面設計方法進行配筋計算，根據(jù)常見的轉換梁縱向鋼筋可以集中布置在梁底部。

2.7樓板設計

上部墻體水平剪力需通過轉換層傳到下部結構，使得轉換層地板平面受到了很大的作用力，樓板出現(xiàn)明顯的變形，因此需采用厚度不小于180mm的現(xiàn)澆板加厚轉換層，這促進了轉換層在平面上的剪切力再分配，并提高轉換梁橫向剛度和抗扭能力，也會使實際情況符合層剛度的積分計算的假設是無限的。此外混凝土強度不少于C30，且鋼網(wǎng)使用雙向雙行，每一行的鋼筋的比例不低于0.25%，轉換層不應該是一個大洞，當開洞時應在洞口四周設置次梁或者暗梁，樓板開洞位置盡量遠離外端，轉換層附近的地板上還應加強。

3.結語

總之，高層建筑的梁式轉換層在上密下疏的建筑中起到了承上啟下的作用，合理分配上部結構的豎向載荷，減少結構突變和應力集中，實現(xiàn)結構的連續(xù)性和受力的平穩(wěn)性。