高層建筑結構設計中的梁式轉換層結構設計探討

戴玉兵

安徽省金田建筑設計咨詢有限責任公司，中國·安徽 六安 236001

1 引言

建筑物中樓層上平面、下平面在應用層面具備不同的功能，因此，在設計架構時會選取不同類型，通過對樓層在架構方面進行轉變，此樓層起到的就是轉換層的效果。轉換層自身具備受力清晰、成本低、傳力直接等優(yōu)勢，所以目前在建筑工程作業(yè)中，屬于應用最多的一種垂直轉換架構。因此，在高層建筑結構設計工作中，對梁式轉換層的結構設計進行深層次的分析以及研究，能夠提升高層建筑的質量以及應用性能，促進高層建筑在未來實現(xiàn)長遠發(fā)展。

2 轉換層主要架構的特征以及梁式轉換層設計原則

2.1 各種轉換層的主要形式以及特征

桁架傳遞架構傳輸性能相對較強，可以讓力傳遞的方式得到有效明確，而且對于管道在設置、開啟方面便捷性相對較強，區(qū)域、大小也具備極強的靈活性，轉換層空間也能夠實現(xiàn)最大化的運用。但側向剛度、權重比傳遞梁相對較小，所以對地震的反應遠遠小于轉換梁形式的高層建筑。

梁式轉換結構應用分析框架結構，傳動性能極好，傳動方式直觀、清晰，結構計算便捷，工作能力強，可靠性高，結構相對比較簡單，施工比較便利。但轉換梁跨度相對比較大，對于轉換梁截面需求也更大，從而導致質量以及側向剛度隨之加大，所以對于地震會有更加強烈的反應。

2.2 高層建筑中梁式轉換層設計的具體原則

帶有轉換層的高層建筑架構，在體系方面極其復雜，而且對于抗震性能的提升也會起到不利效果。在總體架構設計工作時，尤其是抗震工作設計期間，需要嚴格遵守如下原則：第一，要應用直接力，盡量防止出現(xiàn)多次轉換的現(xiàn)象。在傳輸層上、下主體的區(qū)域，需要保持垂直方向向上，水平方向在傳輸時的架構需要直接進行傳輸。在設計期間，需要著重針對轉換層主要架構的下部予以強化，對主體架構中的整體結構上部予以弱化，讓剛度、變形的上部以及下部二者之間可以盡最大可能維持同步。

3 高層建筑結構設計工作中梁式轉換層的結構設計分析

3.1 轉換梁截面的設計

轉換梁截面在設計時選取的方式，與受力性能、轉換層自身的方式息息相關。

3.1.1 轉換梁截面托柱形式的設計

當轉換梁對上部的普通框架起到承載效果時，在轉換梁經(jīng)常應用的截面尺寸數(shù)值內，轉換梁在受力層面與普通梁基本無差異，可以按照普通梁在截面設計中的具體方法，對配筋展開合理計算。

3.1.2 轉換梁截面托墻形式的設計

轉換梁承托的上部墻體如果是滿跨且沒有開洞的狀況下，轉換梁、上部墻體二者之間共同進行工作，受力特點、破壞形式主要呈現(xiàn)出深梁，此時轉換梁截面在設計時采取的方法，應該是應力截面設計或者深梁截面設計的方法，而且針對縱向鋼筋在計算時，需要沿著全梁高在適當?shù)奈恢眠M行合理布設。

3.2 設計轉換層架構的部件

轉換層架構不單是豎向層面的剛度，容易在轉換層周圍出現(xiàn)突變顯現(xiàn)，還需要對豎向的抗側力部件在不連續(xù)性方面予以關注，讓架構傳力方式在轉換層、周圍位置出現(xiàn)突變，在強震的作用之下容易出現(xiàn)薄弱區(qū)域。對于轉換層以及附近層架構的部件進行合理強化，其中主要包含：轉換層上下兩層的樓板、落地墻、轉換梁、轉換柱等部件，讓水平剪力在傳遞過程中的有效性得到保證，同時，需要讓結構底層在強震作用下有充足的延展性[1]。

3.3 轉換梁設計工作的要點

主要內容如下：第一，轉換梁以及轉換柱的截面中線需要重合；第二，轉換梁截面的高度，要高于計算跨度的八分之一?？蛑Я航孛鎸挾葢摰陀诳蛑е较虻木唧w截面寬度，而且要高于上墻體截面實際厚度的兩倍以上以及四百毫米的較大數(shù)值；第三，拖柱轉換梁需要沿著腹板的高度，對于腰筋進行合理配置，要求直徑高于12 毫米，間距低于200 毫米；第四，轉換梁的縱向鋼筋接頭需要應用機械連接的方式，相同連接區(qū)域內部的內接頭鋼筋截面的具體面積，需要低于所有縱筋截面整體面積的50%，接頭區(qū)域需要與上頭墻體受力較大區(qū)域、梁上托柱區(qū)域、開洞區(qū)域保持較遠的間隔；第五，轉換梁不應該開洞，如果一定要開洞，洞口邊緣距離支座柱邊緣的數(shù)值，要大于梁截面的具體高度。

3.4 轉換梁在計算時的具體要求

第一，轉換梁的承載力通常情況下，是由斜截面的受剪裁力進行控制，而此力通常情況下，是由箍筋、混凝土來共同承擔。第二，轉換梁的正截面，在受彎承載力計算層面與普通梁沒有差異。第三，因為上部荷載作用區(qū)域、荷載作用線，通常不會和梁截面的中心線產生重合，從而導致轉換梁出現(xiàn)扭矩的現(xiàn)象，而且梁在抗扭承載力方面相對不高，所以在設計環(huán)節(jié)需要通過計算，對于抗扭承載力進行合理確定，還需要在設計前期，盡最大可能讓二者保持重合，如果條件允許的情況下，可以設置雙向的轉換梁，從而對扭矩起到平衡的效果[2]。

3.5 落地剪力墻設計工作的要點

第一，落地剪力墻所承載的地震傾覆力矩，需要高于架構地震在傾覆過程中總力矩的50%。第二，落地剪力墻的洞口在位置布設時，需要在墻體的中間區(qū)域。第三，落地剪力墻的具體間隔，在非抗震的情況下需要低于36 米；就抗震角度進行設計時，底部框架的支層如果是一層、兩層，必須要低于24 米；底部框架支層如果是三層、高于三層時，需要高于20 米。

3.6 轉換層以及鄰近樓層樓板之間設計工作的要點

第一，轉換層樓板的具體厚度需要高于180 毫米，且在布置時要求雙向、雙層，每層的每個方向在配筋方面要求配筋率高于0.25%，此外落地剪力墻的外部樓板不應該開洞。第二，與轉換層鄰近的樓層樓板，也需要做出合理的強化。

3.7 轉換層的抗震設計工作

高層架構中如果有轉換層，那么沿著建筑物高度方向的剛度，在均勻性層面會遭受極大的損傷，轉換層架構豎向的承載力部件會出現(xiàn)不連續(xù)、柱截面出現(xiàn)突變等現(xiàn)象，從而致使傳力路線發(fā)生曲折等狀況，所以轉換架構在抗震層面的性能不高。其中，剪力墻底部、框支柱區(qū)域的具體強化，在抗震等級方面需要按照最高標準進行提升，如果已經(jīng)確定為特一級，就不需要再次對其進行提升[3]。

4 結語

綜上所述，高層建筑屬于城市化建設、社會現(xiàn)代化發(fā)展之下的時代產物，高層建筑由于自身在功能方面具有多元化的特點，因此也就決定了架構自身具有極其復雜的特征，對于轉換層進行布設是讓建筑在穩(wěn)定性方面得到保證的一個主要措施，因此需要對于轉換層在設計方面進行深層次的研究。在高層建筑架構中，對于梁氏轉換層進行應用，能夠讓建筑上下不同功能位置實現(xiàn)有效轉換的效果，保證上下架構在設計層面的均勻性，進而讓建筑物在穩(wěn)定性能方面得到合理保障。