高层建筑梁式转换层设计施工

高层建筑梁式转换层设计施工

梁士燊

广东鸿宇建筑与工程设计顾问有限公司肇庆分公司广东肇庆526000

摘要：随着改革开放的推进，城市化进程的脚步也在不断地加快，对于城市的建设需求也越来越大。因此，建筑行业得到了巨大的发展，各项建筑技术也应运而生。高层建筑的梁氏转换层设计就是为了应对地少人多的情况而形成的一项技术，对于解决城市的大量人口居住问题提供了重要的方法。在本篇文章当中，首先介绍了其受力机理、结构类型以及设计原则，接下来就如何对转换梁进行设计施工做了简单的论述，最后就设计施工过程中应该注意的问题进行了介绍。

关键字：梁氏转换层；高层建筑；设计施工

随着城市人口的不断增加，城市居民正在面临着严峻的住房问题。建设高楼能够有效地解决用地紧张的难题。而转换层设计在高楼建设当中具有重要的作用。

一、分析梁式转换层结构的受力机理以及结构类型

众所周知，在高层建筑当中，其内部结构的下部受力要大于上部。因此，就需要在高层建筑的结构设计中将刚度考虑到其中，增加下部的墙体与柱网，减少上部墙柱的密度。但是，这样的做法在实际施工当中是不现实的，因为在高层建筑当中对下部的使用空间具有更大的需求，越向上所需要的使用空间越小。所以，在高层建筑的结构设计中要采用反常规的设计方法。

在我国有关的高层混凝土建筑的结构以及施工的规程当中，做出过如下对转换梁的最小宽度和高度的要求：框支梁的横截面的宽度不能够大于相应方向的框支柱的横截面的宽度，至少是上墙体的截面厚度的两倍，并且不能够小于400毫米。在抗震设计当中，转换梁的跨度最多为其高度的6倍。对于非抗震设计，其跨度最大为其转换梁的高度的8倍。通过该设计规程的限制，能够对转换梁结构起到一个很好的整体刚度的保证，对结构的可靠性具有重要的增强意义。

1、梁式转换层的结构类型

在实际的施工过程中，梁式转换层结构的使用具有很多的方式。主要的应用原理就是通过下部的转换大梁对上部结构进行支托。按照其受力的特点来进行分类，可以分为如下几种：

2、分析梁式转换结构的受力机理

在梁式转换层结构当中，其力的传输路径为由墙到梁再到柱或者是墙，具有更加直接的传力路径，方便分析计算。转换大梁所受到的力主要是受下部支撑结构与转换大梁的刚度、转换大梁与剪力墙的刚度以及上部剪力墙的刚度所影响。为了能够清楚的掌握上部墙体与转换梁的共同工作性能，可以采用有限元程序来分析转换梁的内力受其承托层数的影响。通过对结果的分析能够看到，对于跨度不大于12米的，一般结构的转换大梁，在上部墙体当中设计三层的承托与设计四层或者是五层的，转换梁所收到的内力差异处于5%以内，因此，在分析计算的过程中，可以只考虑三层计算[1]。根据计算分析能够得到，不管转换大梁的上部墙体是什么样的形式，只要墙体存在一定的长度，在转换大梁当中就具有比不考虑上部墙体更小的弯矩，与此同时，也会在转换大梁的一定区域范围内出现受拉力。其原因主要是：第一点，转换大梁的位置在整体结构弯曲的受拉区，经过应力积分之后，就会有轴向的拉力出现在转换大梁当中。第二点，因为上部墙体会对转换大梁产生竖向的力，使其形成拱的传力形式，这样，就会使竖向力转变为作用于转换大梁的斜向力。进而在转换大梁当中产生拉力，在支座当中产生轴向压力。其具体的受力图如下。

设计转换层结构的原则

在对高层建筑的转换层结构进行设计的过程中，容易引起建筑物刚度的突然变化。因此，在设计的过程中，应该考虑到下列几点因素：

在设计过程中，尽量减少需要转换的竖向构件，对于转换结构的数量也要做到严格的控制，避免在转换结构当中发生刚度的突变；

在尽量满足建筑物对空间使用的需求的情况下，对建筑物中转换层的高度尽量的降低，以使建筑物的整体稳定性得到提高；

实现下部的强化以及上部的弱化。与此同时，要确保转换层上、下部的主体结构满足的总剪切刚度比。其中，代表的是在转换层上部的第层的主体在竖向上的结构总剪切刚度，代表的则是在转换层上部的第层的主体在竖向上的结构总剪切刚度[2]；

在转换层结构形式的选择上，应该以具有明确的传力路径作为标准，以实现更加高效的分析设计以及施工实施；

在使建筑物的经济以及安全都满足设计的要求的情况下，尽量不要设计刚度过大的转换层。

如何进行转换梁结构的设计施工

在转换梁的设计过程中，可以采用如下几种方法：

可以按照普通梁的方式来对受弯构件承载力进行计算。但是需要使用有关的对高层建筑结构进行计算分析的程序来进行，比如说、以及等；

根据偏心受拉构件的截面设计方法来进行计算。但是需要将通过有限元分析而得出的转换大梁内力转换成截面内力，之后再对斜截面的承载力以及正截面的承载力进行计算；

根据深梁的截面来设计转换梁的结构，使转换梁的高跨比处于八分之一到六分之一之间。再这种情况下要将转换大梁的跨度考虑进来，通常当其跨度不小12米的时候，要以上部墙体比3层多情况来进行分析计算，如果不按照该种方法进行，就有可能导致计算结果的不安全。

直接利用应力来进行计算。通过高精度的有限元计算法来对转换大梁的截面沿着高度方向的应力（）进行计算。假设全部的拉力都是由钢筋来承担的，通过下列的公式能够计算斜截面的承载力以及正截面的承载力：

在上式当中，所代表的是所计算的条带的截面宽度；代表的是所计算的条带的高度；所代表的是所计算的条带的正应力；所代表的是所计算的条带的边缘剪应力；则代表的是在截面当中所划分的条带的数量[3]。

通过剪压比来确定转换梁的断面，能够有效地杜绝脆性破坏的出现。适宜的落地剪力墙与筒体结构的剪压比限值如下表所示：

（转换梁的剪压比是：）

其中的代表的是转换梁的混凝土抗压强度的设计值；代表的则是转换梁的腹板的宽度；是转换梁的截面的有效高度。

可以根据来对转换梁的断面进行初步确定。其中是转换梁按照简支的状态来对上部传来的全部重力荷载来进行计算分配所得到的下支座截面剪力设计值，如果保持上部的结构具有较好的整体刚度，并且能够在跟转换梁进行协同工作的时候取最小数值，否则取最大的数值。

在转换梁设计施工的过程中应该注意的因素

在高层建筑的转换层设计当中，大多数都为转换梁的设计。在具体的应用当中，一般都将转换层当做设备层来使用。所以，在设计转换梁的过程中，要考虑其开口的位置以及腹部开口的大小；

充分考虑到上部结构与转换梁共同工作的程度。一般将其分为没有共同工作、部分共同工作以及完全共同工作三种情况进行分析，否则就会导致支座剪力与跨中弯矩跟现实情况不想符合。

严格把控下部结构与转换层在竖直方向上的刚度突变，尽量在满足下部结构的使用功能的基础上来提高其截面尺寸。使混凝土的强度等级得到提高，增加剪力墙。通常情况下转换层的混凝土不能够地域C30的强度等级。

总结：在高层建筑施工当中，梁式转换层的设计是一项复杂而又重要的工序。要想保证高层建筑物的稳定以及安全，相关人员就要严格按照有关规定，掌握技术要点，合理有效的控制工程质量。

参考文献：

[1]郭国红.高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用[J].工程技术:文摘版,2016(7):00052-00052.

[2]付全.分析高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用[J].建筑设计管理,2014(8):60-61.

[3]李峻民.高层建筑钢筋混凝土梁式转换层施工技术论述[J].工程技术:引文版,2016(11):00151-00151.