摘要：我国高层建筑的发展进程在不断加快，底部大空间结构也得以快速发展。基于此，现代高层建筑结构正向转换层结构的方向发展。转换层结构的发展方向趋向于形式的多样化，结构受力趋于均匀化。本文旨在论证梁式转换层结构设计，探讨其发展前景，为同行探讨起到抛砖引玉的作用。
关键词：梁式转换层结构；技术；设计；前景
在经济与科技高速发展的大背景下，高层建筑工程应用得越来越广泛，其综合性与实用性也随之增强。从高层建筑物的结构受力程度来看，高层建筑物的下部楼层受力较大，相对而言上部楼层的受力小，基于此，高层建筑结构刚度、墙体结构、柱网密度，随着高度的递增而递减，此外墙体、柱体支撑的数量也随之减少。按照建筑物的结构受力实际特点来设计高层建筑与建筑功能对于空间的需求正好是相反的。
1梁式转换层技术的应用
1.1斜撑施工
采用斜撑施工。以45度角设置全部斜撑，沿柱面的竖向排距设定为1米，将梁底斜撑杆与梁底模板外钢楞的间距设为400毫米，其上端延伸至模板底部，与梁底模外钢楞进行扣接。为起到防滑的作用，可设置双扣件方式。在斜撑杆下支点柱面下设置定位短筋凹槽。最下排斜撑杆下支点位置处于其所在楼层柱的根部位置。
梁底斜撑支架和梁下排架的设置进程要与斜撑施工趋于一致。这样可以使得斜撑支架和梁下排架达到同时受力。紧接着对斜撑杆和梁下排架立杆、横杆等部位实行全部扣接，搭建楼层满堂架，旨在提高斜撑支架的整体性能，并提升其稳定度。
1.2钢筋施工
转换大梁钢筋最显著的特点就是配筋数量多、体积大。这一特点在连接梁柱结点和主次梁的位置尤为显著，加大了就位绑扎钢筋的施工难度。因此，在下料过程中要充分考虑钢筋的交错方式、绑扎排筋顺序，旨在减小就位绑扎钢筋的施工难度，提升钢筋工程施工质量。
钢筋直螺纹加工和连接工作是基于转换层的结构特性，符合当前工程实际需求的一种重要方式。一般说来，转换大梁钢筋的最小直径是25毫米，基于此，实现转换大梁钢筋之间的连通需要选取直螺纹机械。这样一来，可以增强其连接的稳固性。在进行直螺纹加工前需要特别注意，钢筋端不可弯曲，要尽可能地保持端面平整，在切割时尽量要选用砂轮锯片，切忌避免使用气割、冲剪工艺。
2结构形式和设计原则
2.1转换层结构形式
转换梁的最小高度和宽度在《高层建筑混凝土结构技术规程》（CJGJ3- 2010）中有明确规定。框支梁截面的宽度要介于其上墙体截面厚度的2倍与框支柱相应方向的截面宽度这两者之间且其宽度不能小于400mm。此外，当转换梁用于不同用途时，其高度与宽度也随之改变。若用于梁上托柱时，原则上不能小于梁宽方向的柱截面的宽度。对于抗震设计，转换梁的梁高要满足不小于其跨度的1/6这一条件；非抗震设计时，转换梁高要满足不小于跨度的1/8这一条件。
2.2转换层设计原则
2.2.1竖向布置
根据其建筑功能和结构传力的需要，转换结构可灵活布置，方向不唯一；若建筑功能需要，转换层可在保证有足够刚度的前提下布置在楼层局部，以免沿竖向刚度差距过大。若商住建筑底盘大、塔楼多，转换层设置在裙房的屋面层最佳。高层建筑结构若采用框支剪力墙，7度区的转换层位置最好不要超过第5层，8度区的最好不要超过第3层。若超出规范，需做好专门研究并采取相应防护措施。
2.2.2结构布置
针对于底部带转换层结构，设置安全可靠的转换构件是实现转换层上部的部分竖向构件直接连续贯通落地的重要方式。现有的工程经验和研究结果显示，一般情况下，转换大梁、斜撑、箱形结构以及厚板可以实现转换构件的目的。借鉴于现有经验，转换厚板可用于非地震区和6度抗震级别的设计。受周围建筑的约束，地震反应小于地面以上的框支结构的大空间地下室，可采用厚板转换层来实现7-8度抗震设计。
2.2.3抗震设计
部分框支剪力墙结构转换层设置在3层以上时，为使设计的安全性得到保证，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级要选用比同级别高一等级的规格，最大限度提高其结构的抗震能力，底部带转换层的框架为核心简结构和外围为密柱框架的筒中筒结构抗震等级除外。在转换层的转换构件的设计过程中，要适当调整增大水平地震作用的计算内力；在进行8度抗震设计时，竖向地震作用的影响也应纳入考虑范围。如下表1为某建筑工程各部位的抗震等级，对于乙类建筑工程主要依照如下规定：如果此区域的抗震设防烈度在6度与 8度之间时，应该要求该工程的抗震设防烈度增加一度，以此来达到本地区抗震设防烈度的要求。
表1 工程各个位置抗震等级设计
3梁式转换层的设计结构与构造
框支主梁、转换次梁及剪刀墙，因其传力途径转换次数过多，受力情况十分复杂。框支主梁不仅承受着上部剪力墙的力，而且也承受着次梁传给剪力墙的力。在传力形式的多次变换下，框支主梁极易发生扭矩和弯矩，随着受到破坏。为减少这一情况的出现，有抗震设防要求的建筑进行结构平面布置时，可采取将部分剪力墙贯通落地的措施，使落地剪力墙、框支柱、剪力墙形成一个协同工作的受力体系，以便于改善结构的受力性能，提高其抗震能力。
3.1转换梁
一般说来，剪压比是计算转换梁的截面尺寸，确保其有合适的含箍率的重要依据。为防止脆性破坏现象的出现，转换梁最好不开洞。若情况需要必须开洞，那么洞口的位置最好选在梁中和轴附近。开洞之后要确保洞口上、下弦杆采取了相应的保护措施，增加箍筋的密度，旨在使其抗剪能力得到进一步的巩固。在计算上、下弦杆箍筋密度时，最好的做法是在剪力设计值的基础之上放大1.2倍。
转换梁选用的混凝土强度等级要高于C30。非抗震设计的高层建筑中，转换梁上、下主筋的最小配筋率要不低于3%，最好在转换梁中主筋保持钢筋的整体性，不出现接头。其上部主筋要不低于一半的比例沿梁全长贯通，下部主筋需全部贯通深入框支柱内。
3.2框支柱
轴压比是计算框支柱截面尺寸的重要依据。在进行框支柱的内力调整时，由地震作用产生的轴力
及弯矩
，会随着抗震等级的变化而不同，框支柱进行配筋时，要采用经内力调整后的设计值。而在进行框支柱轴压比计算时，由地震作用产生的轴力
不用考虑增大的。
框支柱承受的水平地震作用标准值要符合相关规范的规定。①当框支柱的数量不超过10根，并且满足框支层为1-2层的条件时，每层每个柱所受到的水平地震作用力应至少保证是底层总剪力
的2%；②若满足框支层为3层或更多层的条件时，剪力施加到每层根柱应至少保证是基底剪力的3%；框支柱的数量超过10根时，且满足框支层为1-2层的条件时，各柱所承受的剪力之和应是基底剪力的20%；若满足框支层为3层或更多层的条件时，各柱所承受的剪力之和应是基底剪力的30%；框支柱剪力调整后，框支柱的框架也应做出相应的调整，支柱弯矩、端梁的剪力和弯矩以及框支柱轴力除外。
框支柱全部纵向钢筋配筋率与三级钢时的配筋率保持一致。随着抗震等级的提升，纵向配筋率也随之发生变化。当抗震等级为一级时，纵向配
筋率最低需要达到1.15 %，二级时最低需要达到0.95 %。有抗震设计的高层建筑在设置纵向钢筋间距的范围需在80mm 到200mm之间，此外，全部纵向钢筋配筋率最好不要超过4%。
3.3截面设计
对于应力截面设计方法需用有限元法分析转换梁的应力及其分布规律。研究表明，在不考虑混凝土的抗拉作用的情况下，根据应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，钢筋会承担所有的拉力，最后达到其屈服强度的设计值，而混凝土的受压区的强度也会达到轴心抗压强度的设计值。
3.4截面不同设计方法
对于托柱转换梁截面，要分析不同的受力情况，采取不同的截面设计。当转换梁主要用于承托上部普通框架时，其受力情况基本与普通梁一致，这时转换梁截面尺寸不会超出其常用的范围，进行配筋计算时，可选择普通梁的截面设计方法。若转换梁主要用于承托上部斜杆框架时，其受力情况发生变化，变为轴向拉力，此时进行截面设计是，要参照偏心受拉构件的截面设计方法。
4发展前景
在钢骨混凝土转换层、预应力混凝土转换层和叠层析架结构有望采用带转换层高层建筑结构。钢骨混凝土梁较之于钢筋混凝土梁的优势在于可塑性强、耐持久能力高、抗震性能好。此外，它的承载力强，刚度好，很大程度上能缩减截面尺寸。尤其是在施工阶段采用钢骨混凝土梁，因其材料本身刚性好的特点，便于准确定位，可节省原材料，提高施工速度。就目前国内的施工工程来看，钢骨混凝土转换层的投入使用很有发展前景。
预应力技术应用于混凝土转换层中既可以缩减截面尺寸，又可以对裂缝和挠度起到有效的控制，还能减轻结构上的支撑负担，进而便于施工。对于承重荷载的大跨度转换层的建造，预应力混凝土结构是非常不错的选择。预应力混凝土转换层的特点是自重轻，这样可以节省钢材和混凝土。
叠层析架结构是由多个单层析架空腹析架和混合空腹析架等叠合组合而成的可用来卸载与拱传力类似的一种工作机制。它依靠于斜腹杆可以改变竖向荷载的传力方向和位置。
5结语
上下楼层结构刚度与质量不均匀，传力途径不直接等现象经常出现在复杂的高层建筑，究其原因在于两点。一是建筑本身的特点限制，二是建筑功能需求。一般说来说，在高层建筑物中实现垂直转换经常通过梁式转换结构来来解决上述问题。分析梁式转换层的结构形式与受力特征，解析其设计的原则和构造方法，旨在通过本次讨论给相关设计人员提供一些思路，具有一定的参考价值。
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作者简介：
周柠（1984.9-），女，广西玉林人，中级工程师，从事建筑结构设计工作。
论文作者:周柠
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
标签：结构论文; 截面论文; 支柱论文; 钢筋论文; 剪力论文; 受力论文; 混凝土论文; 《基层建设》2019年第3期论文;