广东华南建筑设计院有限公司 510030
摘要：高层商业建筑是综合性较强的建筑项目，梁式转换是高层建筑工程比较常见的结构，实现了上下层功能之间的相互转换，同时能保证高层建筑结构的稳定性。梁式转换层的功能性非常强，结构类型较为复杂，考虑到建筑梁式转换层的重要性，需要重点优化结构设计，保障转换层的可靠性。基于此，本文结合实例分析梁式转换层结构在现代商业建筑结构设计中的运用。
关键词：梁式转换层结构；商业建筑结构设计；运用
1、建筑结构设计中梁式转换层结构的设计原理
梁式转换层结构是一种结构下部设置大梁，把建筑上部的剪力墙落在大梁之上，然后利用框支柱进行支撑，形成上下支承构件不连续的特殊支撑体系，从而达到转换上下层建筑功能的目的，又被称为框支剪力墙结构。梁式转换层结构的主要力量传导途径为：剪力墙→转换梁→转换柱。
这种传力设计形式具有传力直接、计算方便、设计简单等方面的优点。在施工上也是方便得多，减少了很多复杂结构的施工程序，所以在高层商业建筑的建设发展中，采用梁式转换结构较为普遍。
2、建筑结构设计中梁式转换层结构的设计原则
2.1尽量减少上部的竖向受力构件
上部结构的竖向受力构件数量影响着转换层中转换构件的数量，转换构件普遍截面较大，配筋量较大，转换构件增多意味着建筑成本的增加和对建筑使用功能的影响增大；并且随着上部竖向构件的增多，结构转换层的刚度就会相对变小，从而造成转换层与上层的刚度比过小，这就意味着整个结构抗震能力的降低。因此，建筑梁式转换层结构在设计过程中应该尽可能的减少上部竖向构件。
2.2强化下部、弱化上部，避免楼层刚度相差过大
为保证转换结构有较好的抗震性能，设计时要有意识的强化转换层下部主体结构刚度，在满足结构整体变形的基础上，弱化转换层上部主体结构的刚度，使得转换层上下楼层的刚度及变形特征尽量接近，以避免地震下转换层过于薄弱而出现过早破坏。
2.3计算全面准确
转换结构设计过程中必须采用符合实际受力状态的正确计算模型进行三维空间整体建模结构计算分析。按照《高规》要求采用正确的刚度计算方法计算转换层上下层的刚度比。
3、实例探析商业建筑结构设计中的梁式转换层结构设计
3.1工程概况
某高层商住楼位总用地面积约为3800平方米，建筑面积约8.2万m2。建筑物地上22层，地下2层。其中裙房3层为商业，层高均为4.5m，主楼为2栋住宅，层高均为3m，地下室为停车库和设备用房、消防水池等。位于7度区，主体结构总高度79.5m，地上两栋住宅于裙楼开始设缝分为两栋单体，以顶板作为嵌固端进行设计。
3.2结构选型
3.2.1由于建筑上下两个部分的功能有着十分明显的差异，上部为住宅，下部为商业，所以在这一工程中纵向空间的形式有了非常明显的转变，三层以上的位置是住宅，因此在设计的过程中需要设置较多的空间分隔，因此按现在惯用做法采用剪力墙结构。
而在该工程中，3层以下的空间内部主要是供商业使用，因此在其设计的过程中应该设置更多规整且较大的空间，所以在下部根据建筑使用平面，适宜采用框剪结构。
3.2.2在高层建筑的底部如果上部楼层的竖向构件不能直接落地的时候，我们需要设置转换层，而在工程设计中，采用的转换形式相对较多，我们经常采取的是箱型、厚板和转换梁这三种形式进行全面的比较。
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厚板转换结构具有非常好的整体性，但是刚度自身的突变比较明显，且因板厚较大，造成转换层自重过大，这样也就使其抗震能力明显减弱。此外，在设计的过程中还需要使用大量的钢筋和混凝土，所以在施工中需要较高的成本投入。
箱型转换在运用的过程中也能够体现出非常好的整体性，其在运用的过程中即使上部结构的复杂性非常高，还是可以保证传力的效果，但是如果从结构设计自身的角度去思考，其内部受力情况相对较为复杂，在设计的过程中所面对的阻碍相对较大，在设计和运用的过程中，其钢筋和混凝土的使用量也比较多，所以也影响到了工程所产生的经济效益。
梁式转换层在运用的过程中，转换结构中所有构件的受力和力的传递都是非常明确的，同时在设计和施工的过程中并不是非常的繁琐，此外，和前两种转换层形式进行比较，其经济性更强，在内部空间方面也更加的灵活，在施工的时候能够充分的满足各种布线的要求，所以梁式转换结构自身的优势更加的明显。
3.2.3梁式转换层的设计
①转换梁、框支柱、墙、板截面的要求
转换梁方面，转换层梁的截面高度一定要受到严格的控制，按《高规》要求，一般不小于计算跨的1/8，框支梁截面也一定要在框支柱方向宽度之内，同时也必须要比墙体截面厚度的2倍要大，且尽可能另上部剪力墙的中线与转换梁中线重合，以减少偏心。
框支柱方面，框支柱截面确定的过程中一定要充分的考虑到轴压比、楼层高度（柱高）、转换梁截面等因素，边长宜大于装换梁宽。
在墙体方面，转换层以上1~2层应适当加强，落地剪力墙和筒体底部墙体也应该进行适当的加厚处理。
②调整转换层及其上下楼层的层刚度
由于转换层结构竖向抗侧力构件的中断，结构上下层的结构形式产生改变，上部剪力墙结构的抗侧刚度较大，层高较矮（3m），而下部框架结构的抗侧刚度相对较小，且下部商业层高较高（4.5m），从而导致转换层以下的结构抗侧刚度相对于转换层上部楼层刚度骤然减小，引起变形集中和能量集聚而极易发生严重破坏。
因此我们需要增大转换层及其下部结构的抗侧刚度，来达到转换层及其上下楼层刚度基本均匀的目的。本工程在不影响建筑平面功能的前提下，于转换层以下设置部分落地剪力墙，并加大落地剪力墙的厚度并提高转换层混凝土强度等级，结合楼层梁截面的提供，从而达到增大裙楼刚度的目的。
3.2.4结构计算
①按《高规》要求：框支框架承担的地震倾覆力矩应小于结构总地震倾覆力矩的50%；本工程转换层位于第3层，转换层与相邻上层按剪切刚度计算的刚度比不应小于0.6；框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级需提高一级。以上几点为本工程转换结构设计的要点。
②加强转换层的计算措施
首先，梁式转换结构属于竖向不规则建筑，应特别重视转换层以及底部加强部位的加强，来体现“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强底层柱底”、“强底层墙底”等一系列结构设计基本概念，内力设计值调整系数均应按规范子以考虑。
其次，抗震等级的确定。由于转换层在第3层，属于高位转换形式，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级应提高一级，因此框支框架、剪力墙底部加强部位的抗震等级应定为一级；而非底部加强部位的剪力墙抗震等级定为三级；出于合理过渡考虑，转换层相邻以上两层剪力墙结构采用二级抗震。
最后，整体分析的计算。采用PKPM计算软件进行整体建模计算，需注意选取正确的结构体系，正确指定转换层以及转换构件进行计算分析，并对结果进行人工判断是否合理。
结束语
综上所述，梁式转换结构对整体建筑结构的可靠性、安全性以及耐久性具有至关重要的意义，其传力直接明确、可靠性高、经济合理以及较易施工的优点使得它在建筑中运用愈发广泛。在进行设计时，要结合工程实际情况，选用最佳的结构布置形式，进而在保证高层建筑功能正常发挥的同时，提高商业建筑工程的质量，保证结构的可靠性、安全性与经济性。
参考文献
[1]赵京江.结构设计中梁式转换层设计要点――某住宅结构设计体会[J].建筑技术管理，2015.
[2]杨永康.浅谈高层建筑梁式转换层结构设计原理及其运用[J].中华民居，2014.
[3]梁朝.梁式转换层结构在现代商业建筑结构设计中的应用[J].华章，2015.
论文作者:苏金亮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/29
标签：结构论文; 刚度论文; 建筑论文; 结构设计论文; 构件论文; 截面论文; 过程中论文; 《建筑学研究前沿》2017年第25期论文;