摘要：本文将对高层建筑梁式转换层结构设计的原理中的结构受力、设计原则和结构计算进行简要的分析，并对高层建筑梁式转换层结构设计的具体应用进行深入的探讨。
关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计；原理；应用
社会经济的不断增长加剧了城市化进程的不断推进。为了进一步提高城市土地的使用率，突破土地空间上的限制，人们将眼光放置在高层建筑之上，对高层建筑的研究也越来越多。同时，为了满足人们多方面的需求。在同一楼层中实现各种建筑功能，促使建筑结构本身的结构与空间会存在差异性的要求。而建筑设计师为了更有效地实现建筑中同楼层功能的相互转换，需要在高层建筑的结构设计当中加入转换层结构设计内容。通过应用转换层结构的设计，不仅能实现对高层建筑空间功能的合理利用，还能够对实现对上部荷载的合理化配置，有助于保障建筑结构内部受力的均衡性。
一、高层建筑梁式转换层设计的原理
（一）转换层结构受力分析
高层建筑转换层的设计主要是为了提高高层建筑的空间的利用率，且将上部小开间的竖向结构荷载传导到底部大开间竖向结构之上，从而降低建筑的荷载压力。这样，必然会造成建筑中一部分竖向节后之间会产生上下间断性贯通、竖向构件力传导受阻的问题，最终导致转换层的上下楼层之间的结构受力频繁，最终出现结构变异。一旦遇到地震，转换层就很有可能发生下端承载力缺失的问题，进而引起整体结构的塌陷现象。为了避免这些问题的出现，设计人员在对高层建筑的转换层进行设计时，必须对结构传导力、结构上下刚度的突变和水平位置与竖向位置构建的布设进行综合的、全面的考虑。还需要对转换构件的科学化设计。另外，由于转换层的位置设计能直接影响建筑的抗震性能，设计者还需要其进行仔细的考虑。如果是较高的转换层位置，建筑的落地或者是简体剪力墙就更容易产生裂缝，切框支柱就会产生更多的内力，进而对整个高层建筑造成不良的影响。在设计过程的当中，上部结构是剪力墙或者是框架的，就必须进行转换层的结构转换。这样，不仅可以有效实现上段剪力墙对转换梁之间的有效衔接，还能将转换梁的压力改为框支柱来进行支撑，从而保障高层建筑结构的稳定性。而对框架结构进行转换层设置时，就可以有效实现对上端框架柱的有力支撑，且通过框支柱的支撑力来支撑建筑中框架柱、转换梁以及框支柱中的的荷载力。
（二）转换层结构设计原则
具有转换层的建筑是一种不规则的复杂结构，其刚度会比一般的楼层要明显的多，质量也相对较大，是荷载更为薄弱的位置，抗震能力也更加差。一旦该部分的发生塌陷，其引发的后果是不可想象的。并且，从实践可知，转换层的位置越高，结构的抗震效果会越差。因此，设计师在进行设计时，首先就应确保高层建筑的底部大空间框支剪力墙结构层数在八度时应不大于3、在七度时不大于5。依据相关的数据测试，高层的转换层结构尽量不超过六层。如果高层建筑使用的是密柱框架的筒中筒形式，或者是框架—核心的筒底部大空间转换层结构，会由于，这些结构中转换层的结构刚度不会太显著，上下构建的内力突变表现也不太明显，针对此种情况，设计者可以相对的将转换层的位置稍微提高一些，进而保障结构的受力能力。需要注意的是，设计者要想将转换层的位置提高，且超过以上设计原则时，则必须依据相关的规定来进行设计：在抗震防烈度等于九度时，应尽量避免在高层建筑结构当中使用转换层设计。如果建筑的抗震设防烈度在七到八度之间，该高层建筑就不应该同时应用两种以上的复杂结构。
（三）转换层结构计算
由于高层转换层建筑是一种较为复杂的高层建筑结构，对其进行结构计算时，必须选择两个力学模式切三围空间分析方式不同的软件来进行结构位移计算与内力分析，进而确保结构计算的准确度。在对整个建筑的进行分析处理完毕之后，设计者还应专门针对转换层部分来进行补充分析，进而提高高层建筑的计算精准性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前，我国普遍使用的工程设计三维空间分析软件计算模式有板壳元模型、空间杆系模型和空间杆—墙板元模型。在对框支剪力墙结构计算时，设计者应尽量选用空间杆—墙板元模型的ETABS和SATWE软件来进行计算，这样计算出的结果能更接近于真实情况。
二、高层建筑梁式转换层的具体应用
本文将以某建筑工程做为分析对象，来阐述高层建筑梁式转换层的具体应用。该建筑地上共有32层、地下有两层，裙楼地上有5层、地下1层。施工时主要以地下一层做为上结构固定端，主要采取的是剪力墙结构。计划在超过四层的楼层中设计转换层结构，转换层标高23米，层高8米，转换的面积高达865平方米。且对整个建筑的抗震级别要求为三级，设计活荷载力为3.6kN/m2。
由于该高层建筑的转换层需要负责一些竖向构建的荷载力，转换梁与框支柱的尺寸也比较大，促使转换层的质量与刚度要求会比一般建筑要更加严格。并且，转换梁的结构传力会在转换层位置发生途径改变，促使转换梁与相邻的构件出现受力巨大、受力不集中和受力复杂的问题。因此，设计者决定提高楼板的强度与刚度。
在对框支柱进行设计时，框支柱的截面尺寸一般都是由轴压比决定的。由于框支柱的截面面积不应该小于400mm,框支柱的截面高度也不能小于支梁跨度的一一半。另外，在进行框支柱结构施工时，必须要保障工程项目使用的混凝土强度级别在C30以上，且在纵向钢筋配筋设计当中，特一级与一级、二级需要高于1.6%、1.2%1.0%。
在进行框支梁的设计时，可以通过剪压比来实现对荷载的控制。框支梁的截面宽度应大于剪力墙厚度的两倍以上，切不能小于400mm。框支梁做为偏心受拉构建，其必须严格依据我国建筑管理部门颁布的相关标准来进行计算承载力，并对裂缝和挠度进行计算。由于框支梁的受力非常巨大且复杂，对转换层构件也非常重要，因此，建筑施工方必须预备充足的承载力储备，以此保障建筑结构的稳固。由于框之剪力墙的框支梁和上部剪力墙是共同作用的，其受力性能与倒放的T形深梁有所相似。且框支梁在组合深梁的受拉边缘处，导致框支梁内部必须承受巨大的拉应力。因此，设计者应该依据T形深梁来对截面进行设计。
在对转换层楼板进行设计时，需要对结构构建的上下楼层建立的传导进行深入的分析，必须尽可能的提高转换楼层板的刚度及强度。在一般情况下，转换楼层的最小截面高度不能小于180mm，切在板底和板面配置钢筋，每一个方向上的配筋率不能小于0.25%。为了能充分保障转换层楼板的完整性，设计者在进行转换层楼板设计时，海英尽量避免设计成错层结构，且保障筒体与落地剪力墙之间连接的楼板的连接性。并在梁的内部配置不低于1.0%的钢筋，钢筋的街头焊接尽量采取机械连接式较好。
三、结论
总而言之，在对高层建筑进行梁式转换层结构设计时，会受到环境因素以及人为因素的影响促使设计与现实之间存在偏差，计算的结果也出现偏颇。为了确保高层建筑设计的安全，促使设计的结果能与真实情况趋于一致，设计人员应对高层建筑的设计环境因素、人为因素等进行全面的分析，并采取有针对性的设计工具与方法，以此提高设计质量与设计效率。
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[4]周瑞民. 高层建筑梁式转换层结构设计的原理及其应用分析[J]. 科技创新导报,2014,11(04):67.
论文作者:黄庆青
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/3/14
标签：结构论文; 高层建筑论文; 建筑论文; 荷载论文; 结构设计论文; 支柱论文; 设计者论文; 《基层建设》2017年第34期论文;