洪朝德

摘要：本文指出转换层结构设计方法存在的问题，提出了梁式转换层结构设计的基本要求，并分析了转换梁结构设计方法。

关键词：转换梁结构；问题存在；基本要求；设计方法

Abstract: this paper points out that the conversion layers structure design method of the existing problems, and puts forward the beam type conversion layers structure design of the basic requirements, and analysis of the transfer beam structure design method.

Keywords: transfer beam structure; Problems; Basic requirements; Design method

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

在高层建筑设计中, 为满足建筑使用功能需要, 底部数层常设置为大空间, 而上部标准层多为小开间, 致使上层的部分竖向承重结构不能直接落地, 需要设置结构转换, 常用的转换形式有梁式、桁架式、空腹桁架式、箱形和板式转换层，目前国内应用得比较普遍的是梁式。 梁式转换层中的转换大梁一般很大,可以达到一两个楼层高, 甚至更高。带有转换层的建筑结构及转换层大梁一般有如下特点: 1) 在荷载作用下, 大梁与支承柱连结处应力高度集中, 容易引起震害, 在抗震方面常要进行专门的构造处理； 2) 转换层大梁要承受上部若干层传下的巨大荷载, 或悬挂下部多层重力, 使得大梁的内力很大, 因此, 竖向荷载成了控制大梁设计的主要因素之一； 3) 为了保證转换层有足够的强度和刚度, 致使转换层不可避免地高而大, 梁的截面尺寸大, 多少会影响该层的使用空间, 自重大, 耗费材料多, 造价昂贵； 4) 连续施工的劳动强度大, 而且施工复杂。因此, 无论从建筑设计, 还是从结构和施工的角度来看, 对高层建筑中的转换层设计研究是十分必要的。文中提出高层建筑带梁式转换层设计中的一些问题,并探讨其设计要点。

1．当前转换层结构设计方法存在的问题

随着我国当前高层建筑的迅猛发展，在高层建筑中设置转换层以满足同一栋建筑物中上下楼层不同的建筑功能需求，已经十分普遍。但是当前转换层设计没有相关的可遵循的设计准则，使结构设计人员难以进行结构选型、截面确定、计算模型确定、计算方法确定、计算结果应用以及配筋方法的实施等一系列结构设计步骤。这需要结构设计人员不断提高本身的技术水平和积累工程经验，学习先进的计算机软件，总结出一套设计流程和设计要点，才能胜任带转换层的复杂高层的结构设计。

转换结构层具有与一般结构层相比结构重量大、结构层刚度大、几何尺寸超大、受力复杂等特点。这样的尺寸和重量意味着转换结构

组成了建筑物的主要构件。它们设计的是否合理、安全、经济对整个

结构的安全性、结构造价、施工费用等有着重要影响。因此有必要对

转换层结构的受力特性、截面选择、设计计算方法以及配筋构造等进

行深入研究，为工程设计、施工提供指导。

现有的转换层设计方法，主要是针对形式简单、受力相对简单的

转换梁，对于受力复杂的转换梁还没有深入研究。即便是对于形式简单的转换梁，其受力性能也没有完全清楚，而往往是互相混淆，设计

概念不明确，设计原则不准确。对于转换梁的配筋方法也仅限于用普

通梁的配筋方法加以套用，造成转换梁截面超大、配筋偏多、配筋构

造无法实现、施工困难等现象。而对于厚板式转换层的研究还相对较

少，其设计方法还是空缺，还没有一个统一、合理的设计方法指导工

程设计人员进行设计。

2．梁式转换层结构设计的基本要求

(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)传力直接，受力明确，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、结构质量大的厚板转换，避免高位转换；

(3)有可靠的承载力，转换层承受的力，尤其是竖向集中力非常大，这就要求转换层有较高的承载能力，所以，一般的转换大梁截面高度大，有时可达1个～2个楼层高；

(4)有足够的竖向刚度和水平刚度，转换层中梁的跨度大，有时是上部梁跨度的好几倍，故而，转换层必须具备足够的竖向刚度。同时也要有足够的水平刚度以保证实现楼盖在水平面内不变形的假定；

(5)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；

(6)优化转换结构抗震设计时，由于建筑功能的需要而不得已采用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，同时要满足强度、刚度要求，避免脆性破坏。

3．转换梁截面设计方法选择的问题

3．1截面设计方法

目前在实际设计中普遍采用的转换梁截面设计。方法主要有：

(1)普通梁截面设计方法。直接采用高层建筑结构计算分析程序

(TBSA、ETABS、SATWE、TAT等)计算出的转换梁内力结果，按普通梁进行受弯构件承载力计算。此种方法由于没有充分考虑转换梁与上部墙体的共同工作，一般设计出来的梁截面较大，配筋量较多，虽然安全度较高，但不经济。

(2)偏心受拉构件截面设计方法。在《高层建筑混凝上结构技术规程》中，规定“框支梁为偏心受拉构件，按《混凝土结构设计规范》的相关规定设计”，即偏心受拉构件进行截面设计。此方法必须把有限元分析得到的转换大梁应力转化为截面内力，然后进行正截面和斜截面承载力计算。

(3)深梁截面设计方法。把转换梁看成介于普通梁和深梁之间的

梁，考虑梁与墙的共同作用，把上部墙体和转换梁看成一倒T形深梁．转换梁为该组合深梁的受拉翼缘，跨中区存在着很大的轴向拉力。设计时应注意以下几点：

①上部墙体高度的选择

此种方法的关键是如何确定倒T形深梁的截面高度和截面的内力臂。根据圣维南原理，影响转换梁受力特征的剪力墙高度应和转换梁的跨度有关，一般深梁截面高度取转换梁顶以上（转换梁净跨）范围内的墙体与转换梁组成的倒T型深梁。

②计算步骤及公式

一般计算步骤是先计算出作用于倒T形深梁截面上的弯矩、剪力

后，按深粱进行截面设计。

截面受弯承载力计算：MZ

式中代表纵向受拉钢筋的抗拉强度值，代表纵向受拉钢筋的截面面积，Z代表截面的内力臂。内力臂用下式确定：

Z=(-0.5x)

=0.80+0.04

式中x代表截面受压区高度，代表截面的有效高度，代表梁净跨，代表深梁截面高度折减系数，表达式为：

=

斜截面受剪承载力计算为：V

式中V代表深梁的剪力设计值，代表深梁的斜截面受剪承载

力。

(4)应力截面设计方法。先对转换梁进行高精度的有限元分析，计算出转换大梁沿高度方向的应力，在不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担的假设下，利用下列公式进行正截面和斜截面承载力计算。

①正截面承载力计算公式：

受拉区条带为：=(+)

受压区条带为: +=(+)

式中bi代表所计算条带的截面宽度，△hi代表高度；、代表边缘的正应力

②斜截面承载力计算公式：

截面的设计剪力计算式为：V=

式中、代表计算条带边缘的剪应力，m代表截面划分的条带总数

3．2具体方法选择

(1)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．其受力形态表现为深梁。此时转换梁截面设计方法宜采用深梁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筋。

(2)当承托上部墙体满跨且开洞口较多或不满跨但剪力墙的墙肢长度较大时。转换梁截面设计也宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，纵向钢筋的布置则沿梁下部适当分布布置，且底部纵向钢筋不宜截断和弯起，应全部伸入支座。

(3)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．结束语

目前，现代高层建筑的发展，由于梁式转换层结构采用墙(柱)一

转换梁一柱(墙)的形式，具有传力途径直接、明确和简洁的优点，便于工程计算分析和设计，且造价较节省，所以梁式转换层结构是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。