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摘要：随着科技的发展，中国经济的腾飞。在城镇化建设的过程中，高层建筑犹如雨后春笋一样拔地而起。在高层建筑的设计实践中慢慢的体会到梁式转换层结构，其具有传力明确、直接，计算过程相对简易，施工简单，具有良好的经济效果等特点。它即为建筑师的建筑设计提供了无限的发挥空间同时梁式转换层在建筑结构竖向传力的过程中起着承上启下的作用，它可以对上部的荷载进行科学的分配，这样整个建筑结构的传力体系就更加的科学、合理，减少了坍塌事故的发生提高了结构的安全系数，为结构工程师的结构设计安全提供了保障。本文是对高层建筑梁式转换层结构设计原理及应用进行分析，为相关的研究提供借鉴。
关键词：高层建筑；梁式转换层；设计原理；有限元分析
随着城镇化发展，城市里可利用商业土地面积在逐渐减少。中国是一个人口大国，面对人口众多而商业土地却逐渐减少的情况高层商业住宅综合体在这样的历史背景下出现了。高层建筑对建筑的使用功能以及结构的安全性有了更高的要求。梁式转换层在高层建筑结构设计中扮演著重要的角色。在设计的过程中，要深刻理解相应的设计原理，在实际的应用中发挥其特有的优势，保证高层建筑的安全性。在 高层建筑梁式转换层结构的设计中，转换层构件的设计是重中之重。在对结构进行整体分析以后，应对转换层构件进行有限元补充分析，根据分析的结果进行设计。此外，转换梁和框支柱的截面尺寸非常大，受力也相当复杂，为了保证结构具有足够的承载力和抗震能力，转换层处的构件应满足《高规》中有关的计算和构造的规定。
一、常见转换层的形式简介
（1）梁式转换层简图（2）板式转换层简图 （3）桁架转换层简图 （4）转换拱简图 （5）箱型转换层简图
（1）梁式转换层
受力明确，传力途径清楚，工作可靠，结构简单，施工也比较易，目前梁式转换层的应用最为广泛。
（2）板式转换层
底部几层柱可以机灵布置，不必与上部结构对齐。但是抗剪和抗冲切的需要，转换板厚通常在2000mm以上。
（3）桁架转换层
自重小，可使用空间大，抗震性能好，但节点设计难度大，受力状态复杂，容易发生剪切脆性破坏，计算配筋多，施工不便，故在使用中受到一定的限制制。
（4）转换拱
拱式转换层是通过各腹杆各腹杆与上弦杆刚接与上、下弦杆构成的拱来承担上部竖向荷载，并通过弦杆提供的水平力。
（5）箱形转换层
结构刚度较大，整体性能好，受力明确，能更好更可靠的传递竖向和水平向荷载，使转换构件和竖向构件受力较均勾。节省材料，减小地震作用，降低造价。
综上所述：不同的转换层形式有其不同优缺点，我们可以根据具体情况，选择最适合的形式，已达到既定的目标要求。
二、梁式转换层结构的主要特点
梁式转换层的传力途径清晰，计算简单，安全可靠，且施工阶段方便工人施工，造价方面能够节省有限的资金，目前应用最为广泛。由于转换层楼面处的转换梁，支承上部结构，需要承担上部巨大的荷载，一般需较要大截面尺寸因此梁自重大，配筋多，强梁弱的现象经常出现，针对此种情况在设计中应釆取相应的构造措施。
三、高层建筑梁式转换层结构的设计原理
（一）转换梁的计算方法
有转换层的高层建筑应根据具体情况来进行相应的分析，可以考虑采用空间内各组件整体工作的方式来进行分析三维构件工作方式或者其它有效方式来进行对结构的整体受力情况与结构偏移来进行计算。这时转换梁被视为结构整体中的构件进行分析（见表2.1）。
（二）梁式转换层结构的受力特点及有限元分析
梁式转换层的结构功能是把上部小开间竖向结构的荷载传递到下部大开间的竖向结构上，这样必然会使部分竖向结构上、下不连续贯通、竖向构件传力不直接，转换层上、下楼层的抗侧刚度发生突变，转换层处应力集中，从而使整个结构受力变得复杂。所以应对结构构件进行有限元分析来保证结构的安全性。通过利用美国ANSYS公司研制的通用有限元分析（FEA）软件对设计实践中的转换层梁进行有限元分析得出结论：设计过程中严格执行混凝土结构设计规范GB50010-2010以及高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010、通过PKPM的核算可以保证转换梁的设计有很高的保证率。
通过利用有限元分析软件ANSYS的分析结果我们可以看到转换梁在集中荷载作用的下方产生最大挠度，其值为1.360mm。根据《砼规》（GB50010 - 2010）第3.4.3的相关规定，转换梁为对于挠度有较高要求的受弯构件，跨度小于7米，容许挠度为L0/250，计算结构24mm。因此从结果来看转换梁的设计有很高的保证率。
利用美国ANSYS公司研制的通用有限元分析（FEA）软件对设计实践中的转换层梁进行有限元分析
四、高层建筑工程梁式转换层结构设计实例及抗震有限元分析
（一）工程基本情况
以参与设计的某高层建筑工程为例，该项目建筑楼层数为27层，地下共2层，裙楼地上3层，地下1层，施工过程中，将地下1层楼作为上面结构固定端，主要楼层都采取了剪力墙结构设计，在三层以上楼层设计结构转换层，将结构转换层支架模式变成梁式转换层结构。转换层标高22m，转换层高为7m，转换区域面积为800m2。转换层结构抗震等级为三级，设计活荷载力为3.5kN/m2，采取23根支柱结构设计，成矩形分布形状，采用Ⅲ级HRB400钢筋，Ⅱ级钢HRB335箍筋，混凝土强度等级为C50，核心筒面积50m2。采用Ⅲ级钢HRB400来作为边缘构建的纵向钢筋。剪力墙钢筋采用的Ⅲ级钢（HRB400），混凝土强度等级为C50，框架支柱梁最大横截面积为1100mm×2300mm，最大净跨为7500mm，选择用Ⅲ级钢HRB400为纵向钢筋。
参与设计的某商业综合体梁式转换层结构迈达斯有限元分析软件计算模型前六阶震型图通过两种软件分析对比结构的整体抗震性能得出以下结论：转换层相当于一个转折点，在转换层以下位移的变化斜率比较大，而在转换层以上位移的变化斜率相对较平、缓。PKPM（SATWE）与迈达斯有限元分析软件计算计算出来的楼层位移及层间位移角基本一致，且最大层间位移角既可能发生在转换层以上也可能发生在转换层以下。故可以不依赖于层间位移角来判断结构薄弱层，而应该采用更全面的指标分析。
（二）在转换梁的设计时应注意的要点
1、用于浇筑梁式转换的混凝土强度的等级应大于C30。
2、转换梁的梁底部位主筋配筋率和梁顶部位主筋配筋率的最低要求在抗震设计中特一、一和二级抗震等级时的取值分别为0.6%、0.5%和0.4%非抗震设计时的取值为0.4%
3、在正常情况下转换梁的钢筋不宜有连接，如果条件不允许，应采用机械连接的方法，但在一个截面之上的钢筋接头的钢筋占总钢筋的比率不应超过一半，而且接头的位置应适宜的来选取，不应该位于梁体中受力比较大的位置。
4、转换梁中的上部主筋贯通的长度应沿全梁不少于梁长的50%，下部主筋必须沿全梁贯通，且需要与 端侧的柱有可靠的嵌固。
5、混凝土梁式转换结构的腰筋要求参见表2.3。
五、结论
在高层建筑梁式转换层结构的设计过程中，应该考虑多种因素，在设计的过程中应该采用多种分析方法来分析、计算，以保证计算结果的准确，保证设计质量。保证建筑结构的经济性、安全性。
参考文献：
[1]覃文胜.高层建筑梁式转换层结构设计探讨[J].中国高新技术企业，2014，10（1）：86—87．
[2]张博.高层建筑梁式转换层结构设计原理及应用[D].湖南大学，2013，8（5）：23—24．
[3]中华人民共和国行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010
论文作者:孙瑞泽
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/9
标签：结构论文; 高层建筑论文; 构件论文; 荷载论文; 有限元论文; 钢筋论文; 受力论文; 《基层建设》2016年第33期论文;