摘要：近年来随着我国社会经济持续不断的发展，人们的生活质量及水平也随之得到了极大程度的提升与发展。进而，对相关建筑物的结构设计及要求也在不断地增加，以此来更好地满足人们在日常生活中对停车及购物等方面的要求。基于此，很多的高层建筑采用了梁式转换层的结构来进行设计与规划，进而提升了整个高层建筑的实用性，为人们的生活提供了更多的便捷。基于此，本文就从梁式转换层的高层建筑结构设计展开分析。
关键词：梁式转换层；高层建筑；结构设计
1、高层建筑梁式转换层设计的概述
1.1梁式转换层结构设计特点
就当前我国高层建筑中应用梁式转换层的效果来看，通过应用梁式转换层能够促使高层建筑的上下荷载力保持在一个平衡的状态之中，进而能够有效地避免由于结构发生形变而导致受力不均匀的现象，进而增加了整个结构的稳定性。此外，在设计建筑的过程中，通过在梁式转换层中增设一些管道、通道等线路能够提升整个高层建筑多功能性，为其中的用户提供暖气、水电等相关的保障措施。但是，目前我国带有国内转换层的高层建筑大多采用的都是上部剪力墙、下部框架式的结构，其框架式剪力墙的结构如图1所示。这种形式的设计还需要通过应用相关的转换构建来对高层建筑的结构内力进行重新的分配，进而来调整高层建筑的内部应力，防止其发生形变。
1.2高层建筑梁式转换层的构造特点
在高层建筑的设计过程中，转换层的应用十分普遍，其中的建筑构造形式也存在着多样性的变化，具体如图2所示。目前，在我国高层建筑转换层的设计中，梁式转换层的应用最多，板式转换层以及箱型转换层等的应用次数较低。梁式转换层由于尺寸较大、结构设计简单、便于施工等特点，在实际的建设设计当中的应用十分广泛。此外，梁式转换层在高层建筑设计应用中还有性能稳定、工程造价核算便捷以及经济效益较高等有利的特点。
1.3高层建筑梁式转换层受力特点
梁式转换层在高层建筑应用过程中主要是维持高层建筑内部稳定，使其能够受力均匀，通过上部密集小空间的竖向载荷传递到下部稀疏的大空间中。但是由于高层建筑的结构设计通常都比较复杂，所具有的功能也具有多样化的特性，从而会造成内部荷载在竖向传递的过程中出现中断的问题，进而造成建筑整体刚度发生突变的现象。这种建筑的形式在发生地震时，很容易由于下部结构的稀疏而发生坍塌及变形的事件。因此，在对高层建筑进行转换层设计时，需要针对受力均衡问题展开有效的分析与解决，由此来避免建筑结构被破坏的事故发生，尽可能地减少相关财产的损失。
2、梁式转换层的设计原则
2.1竖向布置原则
布置转换层结构时，可结合建筑功能及结构传力的情况，沿着高层建筑某一高度方向布置，或者灵活布置多处；还可以结合建筑功能需求，在楼层局部进行转换层的布置，且该空间不但能作为一个正常使用的楼层，还可以作为技术设备层，值得注意的是，该转换层的刚度必须够强，避免沿竖向刚度过大。对于大底盘有大量塔楼的高层建筑，塔楼转换层应在裙房屋面层，且屋面梁、厚度及板尺寸均要增大，避免中间出现刚度过小的楼层，以提高抗震能力。对于框支剪力墙高层建筑结构，其转换层7度区以不超过第5层为宜，8度区以不超过第3层为宜，如果转换层的位置与规定相悖，则应及时采取措施处理。以免造成不可估量的损失。
2.2抗震设计原则
为了保证设计符合安全要求，规程中对一些框支剪力墙结构转换层的位置设置作了相关规定，即如果设置楼层大于3层时，其框支柱及剪力墙底部的加强部位的抗震等级应提高一级，以保证其抗震能力。同时，还要增大转换层的转换构件水平向地震作用的计算内力；如果进行8度抗震设计，还应将竖向地震作用的影响也列入考虑范围。
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2.3结构布置原则
经证实，底部的转换层位置如果过高，其上、下刚度突变则更大，而其上、下内力传递途径的突变则愈强；同时，若转换层位置过高，简体或落地剪力墙则较易产生受弯裂缝，增大框支柱的内力，使得转换层上部周边的墙体容易被破坏，因此，转换层的位置不易设置过高，否则不利于抗震，且底部带转换层上部的某些竖向构件，不允许直接、连续地贯通落地，故设置安全、可靠的转换构件十分必要。在现阶段，转换层构件有转换大梁、箱形结构、斜撑等形式。在地震区很少使用转换厚板，但在6度抗震设计及非地震区则可使用转换厚板；对于空间较大的地下室，由于受到周围环境的限制，其地震反应要比地面以上的框支结构小，所以7度和8度抗震设计的地下室，允许使用转换厚板。
3、实例探析梁式转换层在高层建筑结构设计中的应用
3.1工程概况
某高层建筑有地下1层，地上22层，总建筑面积为25840m2。其中的1-4层为商业用房，1层的层高为5m，2-4层的层高为4m。5-20层均为住宅层，层高为3m，采用的是剪力墙结构。21-22层分别是电梯的机房以及屋面水箱，层高为3m。根据建筑功能需要，需要在整栋建筑物中的4-5层之间设置一个结构转换层，同时设置设备转换层。
3.2转换梁设计
在高层建筑中，转换梁承托上部剪力墙，受力较大，也是保障整个结构安全性的关键性因素。转换梁的跨度大约在9m左右，截面的高度为2.5m。针对抗震设计的关键构件——转换梁，我们做了实验研究。
3.2.1试验结果
该次试验中所采用的转换梁为转换梁1/5的缩尺模型，经过相关试验可知：该转换梁的正截面平均应变符合平截面的假定。斜裂缝在加载点与中支座的内剪跨区的梁腹中部出现，属于剪斜裂缝，并通过长时间的发展成为临界斜裂缝。底部的纵筋和顶部的纵筋会顺着梁的方向来分散相应的应力，因而在斜裂缝出现之前，与弯矩图保持一致性，而在斜裂缝出现之后则与弯矩图产生明显的差距，说明了转换梁内的应力发生了较大程度的变化。此外，在转换梁的底部纵筋处于受拉状态中，顶部纵筋的内剪跨内也随之处于一种受拉状态。当试验受到破坏时，内剪跨区段之内，临界斜裂缝的箍筋会受到一定的拉力，剪压区内的混凝土压碎。当穿越斜裂缝的箍筋应力变化为原来的应力的53%时，剪压区内的混凝土中就没有压碎现象。
3.2.2相关构造要求
依据相关的试验结果，为了保证梁式转换层中的转换梁在斜裂缝出现后能够起到纵筋拉杆的效果，其底部纵筋不能够在跨内形成弯折或者是截断的现象，需要将整个纵筋全部地伸入到支座中，同时要求有足可靠的锚固长度。同时，转换层的顶部纵筋在跨中宜进行通长布置。由于转换梁的横截面尺寸较大，需要依据梁高来配置一定数量的水平腹筋。腰筋可以提高受剪承载能力，同时可以有效减少大体积混凝土的温度、混凝土收缩产生的裂缝。
3.3转换层抗震设计
转换层设计时，由于转换的存在，致使高层建筑在高度方向上有刚度突变，特别需要保证转换层的抗震性能。因本实例转换层位于4-5层，属于高位转换，除了满足转换结构基本的加强措施以外，还需要满足高位转换的要求，对底部加强区及框支框架应按国家规范有更高的抗震加强措施，以满足抗震性能，同时满足结构安全的基本要求。
结束语
总之，在高层建筑结构设计的过程中，通过应用梁式转换层能够有效地提升整个工程的项目建设效果。此外，转换结构会增加项目成本。因此，在高层建筑设计中可以通过转换结构实现建筑底部开敞的功能要求，但必须采用必要的构造措施，保证结构整体的安全性。
参考文献：
[1]袁银玲，甘莉.探讨高层建筑梁式转换层结构设计[J].建材与装饰，2011.
[2]冯豪.高层建筑梁式转换层结构设计分析[J].城市建设理论研究，2015.
论文作者:邓晓明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：高层建筑论文; 结构论文; 裂缝论文; 结构设计论文; 刚度论文; 厚板论文; 应力论文; 《基层建设》2018年第5期论文;