孙旭东
广东博意建筑设计院有限公司 528312
摘要：高层建筑转换层的设置是为了满足结构底部大空间的使用要求，应对上部楼层部分竖向构件不能直接连续贯通落地的状况，同时将上部结构的内力转移到下部。梁式转换层具有传力直接、明确，传力途径清楚、受力性能好、工作可靠、构造简单、施工方便的优点。本文对转换层进行的概述，对转换层的设计原则进行分析，并对梁式转换层的设计方法存在的问题及正确的设计方法进行了研究。
关键词：高层建筑；转换层；梁式转换层；结构设计
应用梁式转换层结构能让高层建筑的结构设计更加合理，让其有更大的活动空间，而且还能让高层结构受力更加均衡，整体建筑结构的稳定性都得到了有效提升。在实际梁式转换层的结构设计中，设计人员要把握好设计的原则，根据建筑的实际功能和特性进行设计。
1梁式转换层概述
随着经济的快速发展，越来越对的高层建筑工程投入建设，同时高层建筑的体型也变得越来越复杂，功能也逐渐朝着多样化的方向发展，在给人们提供更加优良的生活和工作环境的同时，也给高层建筑结构设计人员带来了巨大的挑战。如某高层建筑物，在某高度建筑物的功能会出现改变，在上部进行住宅或者旅馆的布置，中部作为办公楼；而下部作为商店或者餐馆使用，随着建筑物功能的不同，不同的楼层也就需要采用不同的结构，这就导致了转换层的出现。转换层主要是指在高层建筑结构中，如果上部楼层的部分竖向构件无法实现直接的贯通落地，就需要进行转换层的设置，在转换层中设置转换结构构件。转换层的形式多种多样，其中梁式转换层是一种常见的并且应用最为广泛的转换结构形式，具有传力途径清晰、传力直接明确、受力性能好、构造简单、工作可靠、造价低、施工便捷以及计算简单等优势。实际工程中梁式转换层的应用形式多种多样。从跨数上，可分为单跨、双跨、多跨；从上部墙体布置上可分为满跨和不满跨、开洞和不开洞、开门洞和开窗洞；从转换功能上分为托墙和托柱；从转换构件材料上可分为钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、钢结构等。
“梁式转换层”荷载传递的途径为：上楼层墙体-转换梁-下部柱，因此其荷载传递途径直接。转换梁不适合开洞，但是如果在实际工程中必须开洞则需要将洞口设置在梁中和轴的附近。转换梁包括梁中形式，即托柱和托墙，而它的截面设计则有四种方法，分别为应力截面设计法、深梁截面设计法、构件截面设计法以及普通；梁截面设计法。在转换梁的设计中，必须确保其截面尺寸具有合适的配箍率，这样可以有效的坡面脆性破坏的出现，同时要求其截面的而高度在抗震和非抗震设计中应该分别低于计算跨度的 1/6 和 1/8。
2 梁式转换层结构的设计遵循原则
2.1尽可能减少需要结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，梁式转换层的转换构件越少，所造成的刚度突变也越小，从而减小于转换层构对结构抗震性能的影响。
2.2梁式转换层结构设计时，要确保转换层具有足够的刚度，一般情况下，设计转换梁的高度不得小于跨度的六分之一，以确保内力在转换层结构和下部构件中能够合理分配，以确保转换柱和转换梁具有良好的受力性能。
2.3梁式转换层结构设计时，应采用“楼板在平面内刚度无限大”的假定，确保剪力墙和所有框支柱位移相等，水平力按照落地剪力墙和框支柱的刚度比进行分配。由于转换层楼板需要将上部结构的水平剪力传递到下部结构中，其本身需要承受较大的竖向荷载和平面内剪力，转换层楼板在自身平面内应力的影响下，存在较为显著的变形，因此需要确保转换层楼板具有足够的刚度。
3梁式转换层结构的设计分析
3.1 框支梁设计
框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件。在设计框支梁时，加强了配筋。框支梁截面宽度不宜大于框支柱相应的方向的截面宽度。框支梁的上、下纵筋的配筋率一般为 0.8% 左右，腰筋为 φ16@200，配箍率为 0.9%。
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3.2 框支柱设计
框支柱截面由轴压比确定，截面宽度不应小于 450mm；截面高度不宜小于转换梁跨度的 1/12。框支柱为非常重要的构件，为增大安全性，对柱端剪力及柱端弯矩均要乘以相应的增大系数，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的 30%。因为程序计算时，一般假定楼板刚度无限大，水平剪力按竖向构件的刚度分配。底部剪力墙刚度远大于框支柱，使得框支柱剪力非常小。然而考虑到实际工程中楼板的变形以及剪力墙出现裂缝后刚度的下降，框支柱剪力会增加。因而对框支柱的剪力增大作了单独规定。另外，为了加强转换层上下连接，框支柱上部墙体范围内的纵筋应伸入上部墙体内一层；其余在墙体范围外的纵筋则水平锚入转换层梁板内，满足锚固要求。框支柱的配筋率一般为 1.3%，配箍率为 1.64% 左右。
3.3转换层结构构件的设计
在转换层附近不光是结构竖向刚度发生容易发生突变，还有可能有竖向侧力构件出现不连续的情况，这会导致转换层附近有结构传力发生突变的情况，特别有强震作用推动的情况下，薄弱部位也就会相应产生。要想将转换层的上部结构和下部结构刚度都有所提高，就要在转换层附近将结构的构件强度加大，这样才能让水平剪力的传递有所保证，而且在发生强震的情况下，还能让结构底层有一定的延性，不受到破坏。
3.4转换大梁的设计
梁式转换层的设计构造要求：①转换层楼板要将上层结构的水平剪力传递到下层抗剪结构上去，本身承受很大的平面内剪力，同时又承受部分竖向荷载。因此要求楼板要有足够的强度和刚度。②转换层大梁是承托上部剪力墙或柱传下来竖向荷载的重要构件。本身受力很大，它是整个结构抗震安全的关键部位。因此，转换大梁的设计在整个转换层结构的设计中至关重要。
3.5转换层的抗震设计
带转换层的高层建筑结构中，由于设置了转换层，沿建筑物高度方向刚度的均匀性受到很大的破坏，转换层结构竖向承载力构件不连续和墙、柱截面的突变，导致传力路线曲折等，因此转换结构的抗震性能较差。为保证设计的安全性，规定“部分框支剪力墙结构转换层的位置设置在3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按《高规》的规定提高一级采用，已经为特一级时不再提高”，提高相关构件的抗震构造措施，而对于底部带转换层的框架，核心筒结构和外围为密柱框架的筒中筒结构的抗震等级不必提高。对转换层的转换构件水平地震作用的计算内力需调整增大。在 8 度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。
3.6 楼板设计
由于结构上部的水平剪力要通过转换层传到下部结构 , 转换层楼面在其平面内受力很大 , 楼板变形显著 , 因此要适当加厚转换层楼面 , 建议采用厚度不小于 180mm 的现浇板 , 这样有利于转换层在其平面内进行剪力重分配 , 并加强转换大梁的侧向刚度和抗扭能力 , 也可使实际情况更符合结构整体计算中楼层刚度无限大的基本假定。转换层楼板不宜有大的开洞 , 当开洞时应在洞口四周设置次梁暗梁 , 楼板开洞位置尽可能远离外侧边 , 与转换层相近的楼板也应加强。若必须在大空间部分设置楼、电梯间时 , 应用钢筋砼墙围成筒体。
4 结语
在现代城市建筑过程中，高层建筑数量越大增多，其中有的建筑还是多功能高层建筑形式，这些建筑结构整体上很复杂，各个功能区对建筑空间需求也是有差异的，需要借助转换层，达到转换功能的目的，这就对设计高层建筑结构提出了更高的要求。目前，在设计转换层结构中，计算、分析、设计都是应用很普遍的梁式转换层结构设计，唯有在设计中，才能从多方面上满足转换高层建筑的实际需求。
参考文献：
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[2]冯地华.高层建筑梁式转换层结构的设计原理及其应用分析[J].山西农经,2017(12):96.
[3]陈光谦.高层建筑梁式转换层施工技术探讨[J].居业,2017(05):95-96.
论文作者:孙旭东
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/10/15
标签：结构论文; 剪力论文; 刚度论文; 构件论文; 楼板论文; 截面论文; 支柱论文; 《防护工程》2018年第11期论文;