李 云（湖南长沙410000）

有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究

李 云（湖南长沙410000）

当前，城市化进程的不断加快使得我国高层建筑项目逐渐增多，高层建筑的梁式转换层具有承上启下的作用，需要对上部结构的竖向载荷进行合理的分配，以减少结构突变与应力集中现象的出现，确保结构连续性与受力平稳性。此背景下，本文首先分析了高层建筑梁式转换层结构设计相关内容，其次对高层建筑梁式转换层结构设计要点进行了详细的阐述，以供参考。

高层建筑；梁式转换层；结构设计

1 引言

近年来，随着社会经济的迅速发展，人们的生活水平日益提升，对建筑物的要求也越来越高。为了更好的满足人们对停车与购物等方面的需求，部分建筑物均采用了梁式转换层结构，具有传力明确、简洁等优势，已成为当前高层建筑结构设计重要形式。

2 高层建筑梁式转换层设计相关内容分析

2.1 梁式转换层结构设计特点

就当前情况来看，梁式转换层在高层建筑结构中获得了十分广泛的应用，其能够将高层建筑的上下荷载进行平衡的分配，避免结构形变与受力过度集中在少数部位，以确保建筑结构的良好稳定性。通过采取科学的设计方法和施工技术，例如在梁式转化层中增设一些管道、通道或者线路，可以满足建筑物多功能需要，为用户提供暖气、水电等保障。目前，国内带转换层高层建筑大多采用了上部剪力墙、下部框架式的结构设计，其中，框架剪力墙如图1所示。此类建筑结构需要使用转换构件（例如托架式梁）来重新分配结构内力，以避免应力过度集中而导致结构形变现象的出现。

2.2 高层建筑梁式转换层主要构造特点

图1 框架剪力墙示意图

转换层在高层建筑设计中获得了十分普遍的应用，构造形式也呈现多样化特征，具体如图2所示。基于当前国内高层建筑转换层设计发现，梁式转换层占比约为75%、板式转换层占比约12%、桁架式转换层（图3）占比约为9.4%、箱型转换层占比约为3.6%的。通过实践应用发现，梁式转换层具有以下特征：尺寸相对较大、应用十分广泛、结构设计简单、便于施工使用、经济效益较高、性能稳定、工程造价核算便捷等，但如果设计不合理，就会影响整个结构稳定性和抗震效果，并且还会降低内部空间利用率。

2.3 高层建筑梁式转换层受力特点

梁式转换层的主要功能在于维持高层建筑内部受力均衡，其能够将上部密集小空间的竖向载荷传递至下部稀疏大空间中，由于高层建筑结构设计较复杂，功能也呈现多样化特征，楼层内部荷载在竖向传递过程中可能会出现中断与不连贯的问题，极容易引发建筑整体结构刚度突变现象。一旦遇到地震灾害，高层建筑由于下部结构比较疏密，极有可能发生坍塌和变形故障。所以，在进行高层建筑转换层结构设计时，首先要解决受力均衡问题，以避免内部受力传导不连贯而引发应力突变、结构形变等问题，降低建筑结构破坏风险，避免重大生命财产损失现象的发生。

图2 高层建筑转换层构造形式

图3 桁架转换结构示意图

3 高层建筑梁式转换层的结构设计要点

3.1 转换梁截面设计

在进行高层建筑梁式转换层截面设计时，首先需要对梁的受力性能与转换层的受力形式进行充分的考虑，之后再选用适宜的计算方式。转换梁截面主要包括托柱转换梁截面与托墙转换梁截面两种形式，其中，在进行托柱转换梁截面设计时，需要对其截面尺寸范围进行全面的分析，该梁的受力形式与普通梁的受力形式基本相同，所以，应当在综合考虑建筑物配筋情况的基础上选用合理的计算方式。如果转换梁的承托为斜杆框架形式，其轴向拉力会对其造成一定的影响，此情况下，设计人员应当在分析偏心受拉构件原理的基础上，不断优化截面设计。在进行托墙形式的转换梁截面设计时，应对转换梁与上部墙体共同工作的结构进行充分的考虑，如果还存在深梁，则在进行此类截面设计时，应按深梁截面进行设计，在部分情况下也可采用应力截面设计方法，但需要依据特定的设计公式计算纵向钢筋数量。此外，对于钢筋的布置，应沿着梁高进行。

3.2 转换层分析计算方法

在完成了转换层整体计算之后，应当采用平面有限元计算软件对转换层进行相应的计算，主要为补充计算其局部压力。在进行高层建筑转换层局部分析时，需确保转换结构上楼层与下楼层均在计算模型中，并且还要充分考虑楼层楼盖平面内刚度，然后依据转换层实际情况选择合理的计算模型。框支剪力墙的计算相对复杂，其上部剪力墙需要连接至下面的诸多框支柱，如果存在连接不正确的现象，计算往往会出现较大的误差，所以，在进行转换层框支剪力墙计算时，应在上部剪力墙与下部转换柱之间设置转换梁，以保证转换梁与上部剪力墙可靠连接。

3.3 转换层结构构件设计

高层建筑转换层附近的结构竖向刚度极容易发生突变问题，竖向抗侧力构件部位也极容易发生不连续的问题，进而导致转换层上下有结构传力突变问题的出现，尤其是在强震作用影响下，建筑物薄弱部位就会相应的产生结构传力突变。要想提升转换层上部结构与下部结构的刚度，应当加大转换层附近结构的构件刚度，以确保水平剪力的传递，并且还能够在强震作用下确保结构底层具有一定的延性，避免出现脆性破坏。

3.4 转换大梁设计

①在高层建筑结构设计中，为了将转换层楼板上层结构的水平剪力传递至下层抗剪结构，通常需要承受较大的平面内剪力与一些竖向荷载，这就要求楼板要有足够的刚度与强度。②转换层大梁具有承托建筑上部剪力墙或由柱传递的竖向荷载的作用，其自身受力较大，是建筑整体结构抗震的重要部位，所以，在进行整体转换层结构设计时，必须重视转换大梁设计。

3.5 转换层抗震设计

在进行转换层结构设计时，由于设置了转换层，沿着建筑物高度方向刚度的均匀性会受到较大的影响，转换层结构竖向承载力构件不连续与墙、柱截面的突变，还会导致传力路线曲折等现象的出现，所以转换结构的抗震性能大多较差。此情况下，为了确保转换层结构的安全性，应当在建筑物的3层及以上部位布设部分框支剪力墙结构的转换层，此方面目前已有相关规定。对于建筑转换层的框支柱、底部剪力墙的抗震等级，应当按照《高规》中的相关规定提高一级使用，如果已经为特一级，不应再提高。同时，还应积极实施提升相关构件抗震性能的抗震构造措施。对于高层建筑底部转换层框架，如果核心筒结构与外围是密柱框架的筒中筒结构，可不提高结构的抗震等级。此外，在进行抗震设防烈度为Ⅷ度地区的抗震设计时，还应当对竖向地震作用的影响进行充分的考虑。

3.6 楼板设计

一般情况下，高层建筑结构的上部水平剪力需要通过转换层传递至下部结构中，转换层楼面在其平面内受力较大，使得楼板存在较明显的变形现象，所以应当适当增加结构转换层楼面的厚度，可采用厚度不低于180mm的现浇板，可促进转换层平面内剪力的重新分配，并且还可增强结构转换大梁的侧向刚度与抗扭能力，使得实际情况更加符合高层建筑结构整体计算中楼层刚度无限大的基本假设。如果混凝土强度大于C30，并且采用双向双排钢筋网时，需确保每一排钢筋的配筋率大于0.25%。此外，转换层楼板部位不应当存在较大的开洞，在进行开洞作业时，应当在洞口周围设置次梁或暗梁，楼板开洞位置应尽量远离外侧边，并且适当加强转换层相邻层的楼板。

4 结束语

综上所述，在高层建筑结构设计过程中，通过梁式转换层的合理应用，可提升项目建设指标，确保高层建筑的稳定性。同时，梁式转换层还可获得显著的效益，所以，在高层建筑结构设计中，应当充分利用梁式转换层，以保证高层建筑具备稳定的应力结构。此外，在高层建筑梁式转换层结构设计时，设计单位必须严格遵循相关设计规范，避免设计问题的出现，优化高层建筑梁式转换层结构设计。

[1]刘旭东.高层建筑梁式转换层结构设计原理探讨[J].低碳世界，2014（13）：212～213.

[2]甄景新.浅谈复杂高层建筑梁式转换层结构设计分析[J].城市建设理论研究：电子版，2013（04）：122～123.

[3]汪 军，郁 杨.高层建筑梁式转换层结构设计理论及实践研究[J].低碳世界，2015（17）：178～179.

[4]徐培福，黄小坤，容柏生，等.《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）[J].建设科技，2014（37）：29～30.

TU973.3

A

2095-2066（2016）24-0150-02

2016-8-13

李 云（1980-），男，工程师，本科，主要从事建筑设计及管理工作。