高层建筑中梁式转换层结构的设计研究

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摘要：伴随我国经济的快速发展，建筑事业的发展进程不断加快，为满足社会各行各业的需求，高层建筑的应用也越来越多。

高层建筑的设计中，结构设计保证整个建筑的使用安全、可靠，在整个设计环节中占据着重要地位。

带转换层的高层建筑结构，是为满足现代社会使用功能的需要而发展起来的一种结构形式。其虽满足了功能性的要求，但相对于有着连续构件的框架结构、剪力墙结构和框架剪力墙结构等来说，却是对抗震较不利的一种结构形式。

随着计算机技术的推广，多数设计人员过于依赖计算机软件，而对结构设计理念的理解不够深入。对结构中设计的关键问题不够清晰。

本文主要阐述了带转换层的高层建筑结构中，梁式转换层的结构设计研究，进而使设计人员较深入的了解带转换层高层建筑的结构设计理念。

关键词：高层建筑；梁式转换层；结构；设计

中图分类号：TU208 文献标识码： A

前言：最近几年，高层建筑的发展进程不断加快，楼层逐渐增多，使用功能的要求越来越多，建筑体型由以往的单一化逐渐复杂化。在高层建筑中，梁式转换层就是其中的一种表现形式，其在现代高层建筑中的应用也很广泛。

梁式转换层结构的概述

在高层建筑结构中，为满足底部大空间或其他使用功能的要求，上部楼层的竖向承载构件不能直接贯通落地时，应在竖向构件不连续的楼层设置转换构件。

转换构件所在的楼层即为转换层。

转换层的转换构件，通常包括以下几种形式：即梁式转换构件、厚板转换构件、箱型转换构件等等。

目前，高层建筑的结构设计，转换结构尤其是梁式转换结构的应用非常普遍，已经得到大部分施工企业的认可和好评[1]。

梁式转换结构具有构件形式简单、传力明确直接的特点，相比于其他的转换结构设计，计算过程比较简单，施工比较方便，会对施工企业获得较好的经济收益。

一、梁式转换层结构的设计原则

（一）平面布置

在梁式转换层结构设计中，为了提高转换层的抗震能力，在布置结构平面时，应当遵循以下几个方面的原则：

首先，宜使结构平面形状简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀，使平面结构保持对称，实现平面结构的均匀性、规则性[2]。

其次，在设计底部转换层结构的过程中，应当设置落地剪力墙以及筒体等具有足够侧向刚度的抗侧力构件，剪力墙在不同的受力方向，均应有所布置，确保剪力墙具有较好的抗震工作性能。

最后，为了提高转换层结构的抗震能力，剪力墙发挥重要作用，因此，这就要求不宜转换边榀剪力墙，且在框支剪力墙转换梁上墙体之内，不宜设置边门洞。

（二）竖向布置

首先，对于带有转换层结构的剪力墙，不应采用纯框架式的设计原则，应转变设计理念。

其次，为有效确保带转换层结构的强度以及抗震能力，应巩固转换层底部的结构刚度，以达到相关要求和标准[3]。

最后，在能够保证结构的整体性能情况下，对于转换层上部的剪力墙，可以减少其数量，也可以沿着竖向，减小剪力墙的截面面积，以及混凝土的强度，逐渐弱化转换层上部剪力墙的刚度。

（三）楼盖设计

高层建筑结构的楼盖宜设计成钢筋混凝土现浇，在楼盖设计的过程中，要求设计人员做到以下几个方面：

首先，由于楼盖会承载楼面上各种竖向荷载，这就要求楼盖能够将这些竖向荷载传递给柱、墙，并且与其它竖向构件有机的结合在一起，这就要求楼盖本身要有足够的强度、平面外刚度。

其次，应确保楼盖具有良好的传递风荷载、地震作用等水平荷载的能力，这就要求楼盖具有合格的平面内刚度，并与各个结构有效的衔接在一起，以确保整个建筑结构的可靠性。

再者，由于使用功能的要求，对楼梯间、跃层等楼板开洞处，要保证其开洞面积符合相关高层建筑结构设计规程的要求，以保证平面内的刚度不至于过小。

基于以上的概述，我们可以看出，在设计楼盖的过程中，不仅要确保楼盖的竖向承载能力、面外刚度，承担竖向荷载能力。还应具备足够的平面内刚度，有效的传递水平荷载。

三、梁式转换层结构构件的设计

带转换层的高层建筑结构，是一个比较复杂的结构体系，由人工计算结构受力是一项相当繁琐且不易实现的过程。

（一）梁式转换层结构的概念性设计

在计算机发展的今天，如PKPM等结构设计软件被结构设计人员越来越多地应用。但是很多设计人员只知道如何操作软件，却对结构设计中的抗震概念性设计理念了解甚少，以至于不知道到底如何才能实现在保证安全的前提下做到最为经济、对结构抗震最为有利。具体应做到以下几点：

1.结构平面宜简单、规则、对称，减少偏心，平面尺寸应满足长宽比的要求。

4.楼板开大洞削弱后，应加厚洞口附近楼板、提高楼板配筋率等措施提高其结构承载力。

（二）转换层结构的设计关键数据控制

1.结构平面布置应减少扭转的影响，对考虑偶然偏心的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。

2.结构以扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，不应大于0.9。

3.当转换层设置在1、2层时，转换层上、下结构侧向刚度比，非抗震设计时不应小于0.4，抗震设计时不应小于0.5；

当转换层设置在第2层以上时，转换层与其相邻上层的侧向刚度比不应小于0.6。

4.楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于相邻上层层间受剪承载力的80%，不应小于相邻上层层间受剪承载力的65%。

5.控制结构楼层的侧向刚度与重力荷载设计值之比满足相关规范的要求，尽量控制在弹性阶段以内，不产生重力二阶效应。