关于高层建筑梁式转换层结构设计的探讨

2016-03-16凌柳青

环球市场 2016年4期

关键词：梁式楼层楼板

凌柳青

安徽省歙县建筑设计院

关于高层建筑梁式转换层结构设计的探讨

凌柳青

安徽省歙县建筑设计院

随着建筑行业的发展，高层建筑也越来越多，在高层建筑结构中，梁式转换层的结构是应用最多的。这种结构在建设构造上比较简单，还有较强的受办性能，主要是施工更加方便，能节省很多施工成本，在越来越多的高层建筑中都被应用。

高层建筑；梁式转换层；结构设计

前言

高层建筑能有效缓解土地资源的使用情况，在建筑结构设计上人们也更加注重建筑的质量和结构安全性。应用梁式转换层结构能让高层建筑的结构设计更加合理，让其有更大的活动空间，而且还能让高层结构受力更加均衡，整体建筑结构的稳定性都得到了有效提升。

1　高楼层建筑梁式转换层设计的优点

在现在的高层建筑转换层设计中梁式转换是最常用的，因为它有比较多的优势。梁式转换层在受力方面更加稳定均衡，安全性能更高，同时传力明确，并且其设计计算过程很简单，很容易操作。所以最大的优点就是低成本高效益。转换层建筑结构不是很规则，所以很经常出现刚度突变的情况，这些都为提升建筑物的稳定性加大了困难。这种突变的结构让高层建筑在恶劣的环境下由于受力不均匀很容易出现倒塌的危险状况，严重威胁着人身财产安全。而梁式转换层则可以很好的减弱这种危险形式。在梁式转换层结构中，比较常见的有框支剪力墙结构和托柱转换结构，都能够更好的保证楼层内部竖直方向受力稳定性。在梁式转换层结构中，结构的布置是很重要的，能够更好的维持整个建筑结构的均匀受力性能，并且最大限度的降低建筑楼层转换层的工程造价，降低成本，让高层建筑更加的经济化。在梁式转换层结构设计中最主要的问题还是要避免刚度突变问题，一般通过剪力墙的落地数量来对其进行控制。

2　高层建筑梁式转换层结构设计原则

在高层建筑梁式结构设计中，往往会出现建筑物刚度突变的情况，此时不利于高层建筑物转换层的安全稳定性。所以在实际的结构设计时要尽可能的减少在竖直方向的受力构件，并且减少转换结构数量，能够更好的保证转换层的稳定性，让高层建筑物不容易刚性突变。降低转换层的高度，并且强化转换层基部，可以很好的起到维护高层建筑梁式转换层安全性的作用。

3　高层建筑梁式转换层的结构设计

3.1转换梁截面的设计方法

在设计转换层截面的时候，首先要考虑的是梁的受力性能，还有转换层的受力形式，然后再选择合适的计算方法。这种截面主要有托柱形式的转换梁截面以及托墙形式的转换梁截面这两种。其中，在设计托柱形式的转换梁截面时，要对截面尺寸范围进行充分考虑，该梁受力形式和普通梁受力形式差不多，所以在设计截面的时候应该将配筋情况考虑在其中，然后再选择计算方法。要是转换梁的承托形式是斜杆框架，那么轴向拉力将会对它有所影响，这时候，设计人员就要将偏心受拉构件的原理考虑建立，从而更优化地设计截面。在设计托墙形式的转换梁截面时，要将转换梁和上部墙体一起工作的结构考虑在内，而且在这里面还会有深梁现象存在，所以在该项截面设计的时候更应该用深梁截面方法进行设计，在有些情况下，也可以用应力截面的设计方法，根据特定的计算公式将纵向钢筋的数量算出来，在布置钢筋的时候，还要保证是沿着梁高进行配置的。

3.2转换层结构构件的设计方法

在转换层附近不光是结构竖向刚度发生容易发生突变，还有可能有竖向侧力构件出现不连续的情况，这会导致转换层附近有结构传力发生突变的情况，特别有强震作用推动的情况下，薄弱部位也就会相应产生。要想将转换层的上部结构和下部结构刚度都有所提高，就要在转换层附近将结构的构件强度加大，这样才能让水平剪力的传递有所保证，而且在发生强震的情况下，还能让结构底层有一定的延性，不受到破坏。

3.3转换层分析计算的方法

对转换层整体进行计算之后，还要用平面有限元这一计算软件对转换层本身进行计算，主要是补充计算其局部的应力。对局部进行分析的时候，要保证转换结构的上楼层和下口曾都在计算模型中，还要将楼层的楼盖平面所承受的刚度影响考虑在内，并根据实际的转换层情况选择合理的计算模型。对框支剪力墙进行计算要复杂一些，其上部剪力墙要连接到下面很多根支柱，一旦有连接不正确的情况，计算就会有较大的误差。所以计算的时候，最好在上部剪墙和下部转换柱上都设立一个转换梁，让转换梁连接到墙肢上。

3.4转换大梁的设计

梁式转换层的设计构造要求： ①转换层楼板要将上层结构的水平剪力传递到下层抗剪结构上去，本身承受很大的平面内剪力，同时又承受部分竖向荷载。因此要求楼板要有足够的强度和刚度。②转换层大梁是承托上部剪力墙或柱传下来竖向荷载的重要构件。本身受力很大，它是整个结构抗震安全的关键部位。因此，转换大梁的设计在整个转换层结构的设计中至关重要。

3.5转换层的抗震设计

带转换层的高层建筑结构中，由于设置了转换层，沿建筑物高度方向刚度的均匀性受到很大的破坏，转换层结构竖向承载力构件不连续和墙、柱截面的突变，导致传力路线曲折等，因此转换结构的抗震性能较差。为保证设计的安全性，规定“ 部分框支剪力墙结构转换层的位置设置在3层及3 层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按《高规》的规定提高一级采用，已经为特一级时不再提高” ，提高相关构件的抗震构造措施，而对于底部带转换层的框架，核心筒结构和外围为密柱框架的筒中筒结构的抗震等级不必提高。对转换层的转换构件水平地震作用的计算内力需调整增大。在8度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。

3.6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，应全部伸人支座。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。

3.7楼板设计

由于结构上部的水平剪力要通过转换层传到下部结构，转换层楼面在其平面内受力很大，楼板变形显著，因此要适当加厚转换层楼面，建议采用厚度不小于180mm 的现浇板，这样有利于转换层在其平面内进行剪力重分配，并加强转换大梁的侧向刚度和抗扭能力，也可使实际情况更符合结构整体计算中楼层刚度无限大的基本假定。而且混凝土强度不小于3C0 ，并采用双向双排钢筋网，每排钢筋的配筋率不小于0.25 %，转换层楼板不宜有大的开洞，当开洞时应在洞口四周设置次梁或者暗梁，楼板开洞位置尽可能远离外侧边，与转换层相近的楼板也应加强。