建筑结构设计中的梁式转换

建筑结构设计中的梁式转换

李林婵

新疆建筑设计研究院有限公司 新疆 乌鲁木齐 830002

摘要：梁式转换层结构利用框支柱支撑框支梁、由框支梁承托剪力墙，实现建筑结构和功能的转换。当前城市建筑的上部住宅下部商业类建筑的数量正逐渐增加，因此对于梁式转换层结构应依据建筑物性质和用途进行设计，明确设计规范，优化主要构件，使其可以更好地发挥转换作用，广泛应用于城市建筑中。

关键词：建筑结构；结构设计；梁式转换

引言

在城市化建设进程不断加快，城市商业化进程的推进，建筑渐渐呈现下疏上密的趋势。建筑结构上部由办公住宅等组成，下部需要与裙房一起组成一定规模的商业，对开间要求较大。建筑工程对装换层的需求越来越多、规模越来越大。梁式换层促进高层建筑上下结构之间力的传导更加均衡，避免出现应力集中的情况，平衡高层建筑的内部受力。基于此，目前关于高层建筑设计、施工、质量控制等方面的研究越来越多。转换层设计是高层建筑设计中的重要组成部分，因此，人们也要加强对转换层设计的重视与研究。

1 转换层的类型和特点

转换层可以根据建筑的功能分为以下几种结构：第一种，梁式转换层，该结构主要被用在底部大空间的框架剪力墙结构中，能够将上部剪力墙转换为下部框架结构，从而形成不落地的剪力墙。在需要横纵向同时转换时应采用双向梁布置，该结构的设计施工相对简单且传力结构明确，在实际建筑结构设计中得到了广泛的应用。第二种，箱式转换层，该结构主要被应用在转换梁截面较大的情况中，在转换梁的梁顶和梁底部同时设置一层楼板形成一个箱形梁，该结构可以全层转换布置，具有约束性强、刚度大、整体效果好、上下部结构均匀的优势，但是该结构需要开大量的设备洞，施工相对复杂且总体成本较大。第三种，厚板式转换层，该结构主要被应用在上下柱网错位较多且无法用梁体直接承托的情况下，板式转换层的厚度可以结合柱网的实际尺寸和上下部结构的荷载情况来确定，该结构具有下部柱网布置较为灵活、厚板刚度较大、整体性好、施工简便的优势，但由于厚板自身有较大的重力，地震作用大容易在地震时产生自我破坏，且对材料的用量较大，整体成本较多。

2高层建筑梁式转换层结构设计原则

目前我国具有梁式转换层结构设计的高层建筑结构复杂且不规则，相较于传统建筑，其刚度及质量远超传统建筑，因此在地质灾害中，其极易成为薄弱部分，影响建筑安全性，给居民生命财产带来损失。经专业人员研究得出结论，装换层结构设置的位置越高，高层建筑抗震属性越差，因此，高层建筑转换层设置应遵循以下原则：建筑底部大空间框支剪力墙结构层数在8度应不大于3，在7度时应不大于5，结构层数在6度时，应根据建筑综合因素在5层基础上进行适当调整。但是在一些缺乏详细、可靠工程依据的高层建筑中设置转换层时应不大于6层。在针对外筒是密柱框架的筒中筒以及框架－核心筒底部大空间转换层结构进行设置时，考虑到该建筑转换层上下结构刚度变化幅度以及构件内力突变幅度不大，因此，设计者在对转换层结构进行设计时可以适当抬高转换层位置，考虑到部分施工单位不具备设置转换层的施工经验，因此在进行相关施工时可以依据大空间框支剪力墙结构进行相关施工；在高层建筑中转换层设置位置高于上述要求时，可以认定该建筑的结构属于超出限制的建筑，在进行设计时应依据相关制度进行；在建筑抗震设防烈度在9度时，应尽量避免在该建筑中设置转换层，在建筑抗震烈度在7-8度之间时，设计者可以尽量避免在建筑中设置两种以上复杂结构。另外，高层建筑中转换层的位置设置高于地面且不小于3层时，可以将其视为高位转换结构，设计者应根据相关抗震等级进行相关设计2 梁式转换层结构设计要求。

3 梁式转换层结构构件设计

3.1 抗震设计

转换层的位置越高该转换层的抗震能力就越差，为此在进行设计时一方面应保证转换层结构的刚度，另一方面要增强抗震设计，规范对转换梁高度、材料、剪力墙及其重要构件的布置。首先，要求转换梁的高度大于宽度的20%，材料选择高性能高等级的混凝土材料。当建筑底部空间较大时，应控制框支剪力墙结构层数在6层内，若使用的转换层的上下结构刚度较好，则上下部内力变化不会很明显，可适当提高转换层的高度。另外，可根据建筑物的抗震等级要求进行合理的转换层高度调整。最后，采用梁式转换层结构，必须严格按照技术规范进行转换柱和剪力墙的设置，确保两者中心对称。剪力墙应设置在转换柱中间，减少竖向转换构件可避免功能转化效率降低的问题，同时为避免影响结构的稳定性，应适当控制转换构件数量，以提升整个建筑结构的抗震性能。

3.2结构布置

在结构布置中，建议增加建筑下部刚度，保证墙体和柱网均集中在下侧。这种结构的布置形式满足建筑功能要求，在具体设计工作中可以结合建筑物的地形、结构、楼层数量进行布置。结构布置规范包含以下四方面：其一，当建筑底部空间层数大于1时，转换层的上部和下部结构的等效侧向刚度应尽量保持接近状态，使二者比值控制在1.3内。其二，针对结构十分复杂的高层建筑，水平位移和层间位移的比值应低于楼层平均值，并将楼层平均值控制在1.2～1.4倍。其三，具备转换层的建筑物受力十分复杂，因此需避免多级转换情况。比如，在核心筒和框架结构中，若不想打断核心筒，需要对剪力墙进行落地布置。其四，科学的梁式转换层结构布置可以全面准确地计算过程，尽量选择贴合建筑实际情况的力学模型，计算整体结构并完成受力分析，将“有限元法”作为局部转换层的计算方法。

3.3楼板细化设计

在高层建筑中，通过各种转换构件，包括楼板、转换梁以及转换次梁等，便可以将横向剪力墙受到的荷载传递给落地剪力墙、框支柱共同承担。在这些传力构件之中，楼板的主要作用便是传递水平荷载，为实现楼板的可靠传力，应采取增加楼板厚度等有效构造措施。但是，对于梁式转换层结构来说，应对其楼板厚度进行合理确定，若是其厚度过大，会导致其承受竖向荷载时分摊的荷载较大，从而使楼板容易发生变形、开裂。所以，应准确计算楼板的承载力，严格控制楼板厚度，以确保荷载可以正常传递。

3.4转换层楼板

框支剪力墙结构主要将转换层作为间隔，上下受力分布规律具有差异性。上部楼层，外载荷形成的水平力可以依据剪力墙等效刚度进行分配；下部楼层由于落地剪力墙和框支柱刚度存在差异性，水平剪力会集中在落地剪力墙部分，导致转换层载荷分配突变，转换层楼板受力和变形强度较大，因此建议采用C35混凝土，厚度设为200mm，将钢筋双向双层整板拉通，满足配筋率为0.28%的要求。

结束语

综上所述，在建筑工程结构设计中，对于带有转换层结构的高程建筑，在进行梁式转换层结构设计时会受到诸多因素的干扰而可能无法实现设计目标，所以为保证建筑结构设计和具体情况相符，应尽量遵循布置规则、均匀、对称的原则，尽量使横纵向布局和上下刚度靠拢，注意对特殊构件，如框支柱和框支梁的设计优化。此外，考虑到转换层结构设计较为复杂且工程量很大，需要将概念设计和结构设计结合起来，注意在充分掌握相关原理、数据的基础上再使用合适的设计方法来实现最优设计效果。

参考文献

[1]刘奕明.高层建筑梁式转换层结构设计的要点分析[J].建材与装饰,2019(13):91-92.

[2]杨一洋.探究梁式转换层结构设计在高层建筑工程中的应用[J].建材与装饰,2019(11):107-108.

[3]刘畅.有梁式转换层的高层建筑结构设计研究[J].工程技术研究,2019,4(03):178-179.

[4]郭兆伟.高层建筑梁式转换层结构设计原理与应用解析[J].住宅与房地产,2018(36):47.

[5]凌红军,谢望杰,吴琰.高层建筑梁式转换层结构设计原理与应用探析[J].居舍,2018(29):82.