高层建筑梁式转换层结构设计的要点分析

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摘 要：本文首先介绍了带转换层结构的高层建筑的发展趋势，然后分析了转换层结构及设计原则，最后阐述了梁式转换层结构的设计及要求。

关键词：高层建筑，梁式转换层，结构设计。

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

一、发展趋势

带转换层结构的高层建筑的发展趋势主要体现在以下三个方面：

（1）预应力混凝土转换层。预应力技术的优点很多，比如减小截面尺寸、控制裂缝和挠度、减轻支撑负担等，因此，此结构自重轻，能节省钢材和混凝土，特别适合于建造承垂荷载的大跨度转换层。

（2）钢骨混凝土转换层。钢骨混凝土梁不仅承载力高，刚度好，且在耐久性、塑性和抗震性能方面均优于钢筋混凝土梁。因此，钢骨混凝土梁定位准确，可减少支模，提高施工的速度。目前，钢骨混凝土转换层已在国外广泛使用，但在国内过程中还比较少见。

（3）新型转换结构的应用。“叠层析架结构”由多个单层析架空腹析架和混合空腹析架叠合而成，它有多根截面尺寸较大的弦杆梁，以此来共同承担竖直方向的载荷；同时为了改变竖向载荷的位置和方向，设置了斜腹杆，它相当与拱传力，能够起到卸载作用。

二、转换层结构及设计原则

2.1 转换层的主要结构形式

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3- 2002）对转换梁的最小高度和宽度作如下规定：框支梁截面的宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，不宜小于其上墙体截面厚度的2 倍，且不易小于400mm；当梁上托柱时，尚不应小于梁宽方向的柱截面宽度。进行抗震设计时转换梁高不小于其跨度的1/6；非抗震设计时，转换梁高不小于跨度的1/8。随着我国经济的快速发展，高层建筑的数量日益增多，据统计，约75%的建筑采用梁式转换层结构，12%的建筑采用板式转换层结构。转换层的结构形式可以采用梁式、桁架式、板式、箱形等,这些转换层都可以形成大空间,实现结构类型或轴线的转变。其中梁式转换层受力明确设计和施工相对简单,应用最为广泛；同时,在转换梁受力较小部位可以开设合适的洞口,容易满足建筑功能和设备管线布置的要求。梁式转换层具有设计简单，受力明确，容易施工等优点，因而在剪力墙结构体系中被广泛运用。

2.2 转换层的设计原则

（1）转换层的竖向布置。高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变。然而带转换层的高层建筑结构显然有悖于此，在设计过程中，应把握的原则归纳起来，就是要强化下部，弱化上部。可以采用的方法有以下几种:a 与建筑专业协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可在底部增设部分剪力墙(不伸上去) 。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，让两侧各有一片剪力墙落地。这些无疑都大大增强了底部刚度。b 加大底部剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中，核心筒部分的厚度取为600mm，其余部分的厚度取为400mm。c 底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。d 提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用C50 混凝土( 框支柱采用C50 混凝土) 。

（2）转换层的结构布置。通过研究表明，底部转换层位置高度将决定转换层上下刚度的突变程度，此外，转换层位置越高，简体容易出现受弯裂缝，增大框支柱的内力，其上部附近的墙体容易遭受破坏。因此，转换层的位置越高越不利于抗震。如果底部带转换层结构，就必须设置安全可靠的转换构件。结合工程研究结果和经验，可转换斜撑、大粱、箱形结构等。

（3）转换层的抗震设计。在带转换层结构的高层建筑中，因为设置了不同的层转换，建筑物高度方向的刚度就不均匀了，竖向承载力不连续，传力路线曲折，因此，建筑当中有层转换结构的部分抗震能力就较差。为了保证建筑的安全，应增大转换构件水平地震作用的计算内力，在8级抗震设计时，还要考虑到竖向地震作用的影响。

三、梁式转换层结构的设计及要求

次粱及其剪刀墙由框支主梁承托转换，由于其传力途径通过多次转换，受力也较为复杂。框支主梁需要承受其上部剪力墙和梁传给的剪力，因此容易易受剪的破坏。在有可能发生地震的地区，建筑物必须具有抗震设防，为了进一步为了进一步提高受力性能及其抗震能力，在进行平面结构设计时，应使落地剪力墙与剪力墙和框支墙共同协作受力。

3.1 框支柱的设计与构造要求

一般情况下，由轴压比来进行计算确定框支柱的截面尺寸。在抗震设计时，应该用最大的系数乘以框支柱的柱顶弯矩，并将其放大后进行配筋。对剪力也要作相应的调整，当框支柱少于十根时，而且在一直二层，每层支柱所受剪力至少要取基底剪力的百分之二；如果在三层或三层以上时，至少要取基底剪力的百分之三；如果框支柱多于十根时，框支层在一至二层时，每层每根柱承受的剪力和应该是基底层剪力的百分之二十；如果是三层及三层以上时，其应该取基底层剪力的百分之三十，在对框支柱剪力做相应的调整之后，应相应的对框支柱的弯矩等进行调整，但其支柱轴力可以不做调整。当抗震等级为一级时，其纵向钢筋配筋率应大于百分之一点二，二级时应大于百分之一点零，三级时应大于百分之零点九，四级是应大于百分之零点八。在抗震设计时，纵向钢筋间距应该在八十到二百毫米之间，全部纵向钢筋配筋率应小于百分之四。

3.2 转换梁的设计及要求

通过剪压比的计算可以确定转换梁的截面尺寸，转换梁最好不要开洞，如果需要开洞，洞口最好定在梁中和轴附近。为了提高其抗剪能力，必须对洞口的上、下弦杆采取一定的加强措施。转换梁的混凝土强度等级应大于或者等于C3O。在非抗震设计时，转换梁上，下主筋的最小配筋率应为百分之零点三，而且最好不存在接头，转换梁上部应该有超过百分之五十的主筋沿梁全长贯通，下部主筋要伸入柱内。

3.3 截面设计方法

目前国内在结构设计工作中，通常采用的梁截面转换方法是应力截面设计方法。该方法通过对装换梁进行分析，得到的结果是应力和分布规律，为了能直接运用分析结果，假设不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担，受压的混凝土强度达到预期设计值。

3.4 托墙形式转换梁截面设计

当转换梁承托上部墙体不开洞时，转换梁将和上部墙体共同工作，深梁将表现出受力特征，这时，应该采用应力截面设计法或深梁截面设计方法，通过计算，确定出其适当的分配位置。此时转换梁跨中的内力较大，底部纵向钢筋最好不要弯起或者是截断，要全部伸进支座。当转换梁所承托的上部墙体是小墙肢时，转换梁上可按照普通截面设计的方法进行计算，纵向钢筋可集中布置子转换梁的底部。

3.5 设计方法的选择

托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承托普通框架式，可以按普通的梁截面设计方法进行配筋计算；当其为斜杆框架式，应该按偏心受拉构件进行截面设计。

四、结束语

通过对高层建筑结构的分析得出结论，梁式结构的高层建筑越来越多的被需要，因此我们更应该在思想上引起足够的重视，强化学习和研究，通过合理的设计，提高具有转换层的高层建筑的安全性及合理性。随着现代高层建筑平面复杂多样化，在对转换层进行设计时应结合工程实际情况选择合适的方法。

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