建筑结构设计中梁式转换层的结构设计

摘 要：随着我国经济的飞速发展，我国建筑行业的发展也是突飞猛进。加之我国城市化进程和脚步越来越快，城市人口不断增加，人们对多功能高层建筑的需求也越来越大。高层建筑成为解决人口拥挤的有效手段，另外高层建筑的功能也开始向复杂化、综合化以及全面化发展。本文通过对梁式转换层的结构形式与受力特点分析，探讨了梁式转换层结构设计的原则和构造的方法，为相关设计工作者提供一定的参考价值。

关键词：建筑结构；粱式转换层；结构设计

高层建筑尤其是综合化、体型复杂化的多功能建筑成为城市建设的发展趋向。在同一座建筑中，由于各个楼层被赋予的功能不同，上部楼层可能用于办公，中部楼层用于旅馆、住宅，而下部用于文化设施、商店和餐馆。加之建筑功能对空间的要求与结构的正常布置相反，因此必须在有结构转换的楼层设置转换构件，即转换层结构。

1 梁式转换层结构的受力特点

梁式转换层结构传力途径采用墙（柱）-转换梁-柱（墙）的形式，实现高层建筑的垂直转换，以传力直接、作用明显、施工方便，便于工程计算、分析和设计，且造价合理等优势在高层建筑中被广泛应用。转换梁受力形式与受力大小受上部结构形式、转换梁上下层相对刚度、转换梁位置等因素的息息相关。转换梁的最终受力状态由墙（转换柱）、转换梁作为一个整体共同弯曲变形和拱的传力作用综合影响。墙（转换柱）、转换梁作为一个整体共同弯曲变形，转换梁处于整体弯曲的受拉翼缘，若单独分析转换梁，其所受的弯矩由于剪力墙（转换柱）的共同作用而大大降低，同时，由于处于受拉翼缘，转换梁会出现轴向拉力。由于竖向传力拱作用的存在，使上部墙体上的竖向荷载传到转换梁时，很大一部分荷载以斜向荷载的形式作用于转换梁上，将此斜向荷载分解后，竖向荷载很显然比不考虑墙体作用下的荷载要小；水平荷载则形成了在转换梁跨中一定区域受轴向拉力，支座区域受轴向压力的现象，所以一般转换梁属于偏心受拉构件。

2 转换层的结构设计需遵循的原则

带转换层高层建筑结构是一受力复杂不利抗震的高层建筑结构，结构设计需遵循的原则是：

2.1 减少转换布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能多的布置成上下主体竖向结构连续贯通，尤其是在核心筒框架结构中，核心筒宜尽量予以上下贯通。

2.2 传力直接布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能使水平转换结构传力直接，尽量避免多级复杂转换，更应尽量避免传力复杂、抗震不利、质量大、耗材多、不经济不合理的厚板转换。

2.3 强化下部、弱化上部为保证下部大空间整体结构有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，应尽量强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构刚度，使转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近。对于下部核心筒框架、上部剪力墙的带转换层高层商住楼结构，应强化下部核心筒，如加大筒体尺寸、加厚筒壁厚度、加高混凝土强度等级，必要时可在房屋周边增置部分剪力墙；同时弱化上部剪力墙，如剪力墙开洞、开口、短肢、薄墙等，并尽量避免高位转换。

2.4 优化转换结构抗震设计时，当建筑功能需要不得已高位转换时，转换结构还宜优先选择不致引起框支柱（边柱）柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆析架（包括支撑）、空腹析架和宽扁梁等，同時要注意其需满足强度、刚度要求，避免脆性破坏。

3 梁式转换层结构的设计与构造

由框支主梁承托转换次梁及次梁上的剪力墙，其传力途径多次转换，受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需要承受梁传给的剪力，扭矩和弯矩，框支主梁易受剪破坏。对于有抗震设防要求的建筑，为了改善结构的受力性能，提高其抗震能力，在进行结构平面布置时，可以将一部分剪力墙落地，并贯通至基础，做成落地剪力墙与框支墙与剪力墙协同工作的受力体系。

3.1转换梁的设计与构造要求

转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定，以避免脆性破坏和具有合适的配箍率。转换梁不宜开洞，若需要开洞，洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下连梁必须采取加强措施，箍筋要加密，以增强其抗剪能力。上、下连梁箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数1.2。当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。转换梁的混凝土强度等级不应低于C30。转换梁上、下主筋的最小配筋率非抗震设计时为0.3%，转换梁中主筋不宜有接头，转换梁上部主筋至少应有50% 沿梁全长贯通，下部主筋应全部贯通伸入柱内。

3.2框支柱的设计与构造要求

框支柱截面尺寸一般由其轴压比计算确定。地震作用下框支柱内力需调整：抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数，并按放大后的弯矩设计值进行配筋；剪力调整：框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用：框支柱的数目不多于1 0根时，当框支层为1～2层时，每层第每根柱承受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%；框支柱的数目多于10根时，当框支层为1～2层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20%；当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。

框支柱全部纵向钢筋配筋率，抗震等级一级时不小于1.2%，二级时不小于1.0%，三级时不小于0.9%、四级及非抗震设计时不小于0.8%。纵向钢筋间距抗震设计时不大干200MM，且不小于80MM，全部纵向钢筋配筋率不宜大于4 %。

3.3转换梁的截面设计方法

应力截面设计方法：对转换梁进行有限元分析得到的结果是应力及其分布规律，为能直接应用转换梁有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，假定不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担钢筋达到其屈服强度设计值。受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值。

3.4转换梁截面设计方法的选择

当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面设计方法进行配筋计算。当转换梁承托上部斜杆框架时，转换梁将承受轴向拉力，此时应按偏心受拉构件进行截面设计。

3.5托墙形式转换梁截面设计

当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。由于此时转换梁跨中较大范围内的内力比较大，故底部纵向钢筋不宜截断和弯起，应全部伸入支座。当转换梁承托上部墙体为小墙肢时，转换梁基本上可按普通梁的截面设计方法进行配筋计算，纵向钢筋可按普通梁集中布置在转换梁的底部。

4 转换梁设计的注意点

4.1转换梁设计占高层建筑转换层设计的决大多数，在实际应用中，通常把转换层作为设备层来使用。因此，在转换梁设计中要考虑腹部开口相对大小和开口位置。

4.2要充分考虑转换梁与上部结构共同工作的程度，通常分为完全、部分和没有共同工作三种情况来分析，否则会造成梁的跨中弯矩和支座剪力与实际情况有很大差异。

4.3尽量避免转换层与下部结构竖向刚度产生突变，对下部结构在满足建筑物使用功能要求的基础上，应提高下部结构的截面尺寸，增加剪力墙、提高混凝土的强度等级，一般转换层混凝土强度等级应不低于C30。

4.4设计时要充分考虑施工的可操作性和满足建筑外观的要求。

5 结语

转换层设计是结构设计的一个难点，更是不同形式结构体系转换的关键点，设计时应不断研究和进行方案比较，在可能的情况下做出较优的技术方案才能实现安全、适用、经济等综合目标。

参考文献

[1]闫微微.带转换层的高层建筑结构设计[J].科技与企业，2013

[2]张玉石.高层建筑转换层结构设计中的问题分析[J].科技创业家，2013

[3] 关度豪.试述如何做好高层建筑转换层的结构设计[J].价值工程，2010

（作者单位：江苏中珩建筑设计研究院有限公司）

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