摘要：在高层建筑的实施中，受建筑功能需求的影响，底部楼层常要求作为大空间公共建筑要求使用，上部楼层作为住宅。为满足高层建筑使用功能需求，通常可采用较多墙体结构来满足上部住宅空间的布置，底部设计成空间使用灵活的大开间结构。这样,建筑的上部结构和下部结构之间的结构差异较大，为达到设计要求，需要设计转换层结构。常见的转换层结构主要包括梁式转换层结构、桁架转换层结构、厚板转换层结构等。在实际工程中，要求结合实际的建筑布局情况合理设计转换层结构。本文对高层建筑梁式转换层结构设计的方法进行了分析。
关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计
1高层建筑梁式转换层设计概述
1.1梁式转换层结构设计特点
目前，我国带有转换层的高层建筑大多采用上部剪力墙、下部框架的结构形式。这种结构的设计需要通过应用相关的转换构件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。
应用梁式转换层能够实现竖向荷载的延续传递，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，在建筑设计的过程中，通过在梁式转换层中增设一些管道线路、设备、避难空间等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。
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。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少。梁式转换层由于跨度较大、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，使其能够均匀受力，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工程概况
某建筑工程地上总建设层数为30层，地下为2层，总建筑高度为95m，地上裙楼5层，工程地下1层为地下车库和卖场，1-4层为商场，第5层为会所，6-31层建筑为高级公寓。设计建筑抗震烈度为7级，转换层设计在第6层楼面。
3梁式转换层的结构设计重点
3.1楼层转换方案
高层建筑的转换层结构，所采用的结构形式为梁式、板式、箱式等多种形式。其中的梁式转换层传力路径明确、可靠，在设计及施工过程中的操作比较便捷，应用的范围较为广泛。因此，在本工程的施工过程中采用梁式转换层的形式，其转换层的高度为2.5m，转换梁上、下两端与楼板相连，上层楼板厚度为20cm，下层楼板的厚度为30cm。转换梁承托上部的剪力墙，且所使用的混凝土强度为C40。
3.3整体结构分析
在高层建筑梁式转换层中所使用的转换梁本质为复杂的梁构件，能够直接地按照梁单元进行相关的分析与设计，同时，由于上下层结构差异明显，荷载传递不连续，在结构整体设计中需要通过对上下层的刚度比来调整上下层结构的侧向刚度，防止侧向刚度的变化过大而形成薄弱层。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆据此，转换层的下层柱子截面尺寸按分析结果设置为110cm×110cm，剪力墙的厚度为50cm，混凝土的强度等级为C45。同时，转换层上层的剪力墙的厚度为35cm，混凝土的强度等级为C45。
3.4转换层抗震设计
由于转换层的存在，致使高层建筑物的竖向荷载传递不连续，侧向刚度沿高度方变化过大，进而造成承载构件与墙、柱截面产生突变，线路发生曲折的现象等等，因此，转换结构需要有良好的抗震性能。同时，相关构架的抗震等级还需要依照国家相关的标准进行。此外，还需要配备相关构件抗震性能的构造措施，以此来有效地提升建筑物的抗震等级，增加高层建筑物转换层的抗震效果。
4转换构件设计要求
4.1框支柱
为了确保框支柱有良好的抗压能力及抗震延性要求，需对轴压比进行严格把控，按轴压比决定截面尺寸及材料的强度等级，且框支柱截面尺寸应符合剪压比规定。框支柱作为工程至关重要的核心部分，根据本工程的结构类型及抗震设防要求，抗震等级为特一级，轴压比应小于0.6，对部分“短柱”轴压比应小于0.55，短柱主要是由于截面尺寸过大而形成。此外，截面延性与配箍率有着密不可分的联系，使得配箍率与一般框架柱相比大很多。在建筑工程施工过程中，箍筋需大于φ10mm@100mm，全长被加密，同时配箍率应大于1.5%，但是有少数支柱同时被当做剪力墙端柱，对此配箍特征值需大于0.2，等价于配箍率(C50混凝土)2.64%；由此看来，采取措施控制边缘构件的配箍特征值显得尤为重要。与此同时，柱端剪力和弯矩都需扩大一定的倍数，每层所负荷的剪力之和为基底的3/10，以此提高框支柱的安全系数。采用分析软件计算时，假设楼板为刚性楼板，剪力按照竖向构件的侧向刚度分配，由于框支柱远小于底部剪力墙刚度，剪力较小，为了满足两阶段的抗震设防目标，采用多道防线设防的原则，对框支柱的抗剪承载力要规范要求进行调整（加强）。除此之外，为了增加转换层的稳定性，通过将支柱上部结构的部分纵筋与下部结构相连接，剩余的纵筋水平插入梁板内，达到锚固强度要求。
4.2框支梁截面尺寸
框支梁截面尺寸通常由剪压比决定，截面高度宜大于梁跨度的1/6，宽度大于400mm，且大于其上部墙厚度的2倍。框支梁在整个建筑中是一个错综复杂且极其关键的受力结构，它承载着上部和下部负载重量的转换传送作用，并确保上部剪力墙结构安全的关键位置。所以，在设计框支梁截面尺寸时，要充分考虑结构的安全性，特一级抗震条件下的框支梁纵筋配筋率应大于0.6%，在符合计算的前提下，框支梁配筋率大于0.8%。框支梁中存在轴力，通常为重心偏离的受拉部件，因此需要配备更多锚固于支座内部、梁高间隔小于200mm，φ16mm的构造分布筋。针对如此重要的抗压抗震构件，应该在设计时遵循“强剪弱弯”的规则，在纵筋配置固定的情况下，按《抗规》及《高砼规》的抗震措施要求箍筋，箍筋全长都需加密，用φ14mm@100mm的8肢箍，配箍率1.53%，符合特一级抗震级别框支梁配箍率要求。
4.3转换层楼板
以转换层为界限将框支剪力墙结构分为上部和下部，其内部受力按不同的规律分布。上部楼层根据各部分剪力墙的等效刚度比值进行负载水平力的分配，而下部楼层的水平剪力主要分布在落地剪力墙上，且其与框支柱间刚度不同，使得转换层在分配所负荷的重力时发生变化。转换层的楼板本身受到很大的面内压力，容易变形，承载着协调分配上部和下部楼层剪力的关键作用，因此楼板必须具备良好的平面刚度。此外，为了实现转换层楼板更好地完成剪力重分配工作，转换层的上下层楼板选用厚度均150mm。
5结语
综上所述，在高层建筑梁式转换成结构设计时，需要从抗震概念出发，根据建筑的设计要求和功能要求合理选用转换层的结构形式，根据各个部位的重要性要求分别采用相应的抗震设计的要求，合理地对结构进行布置，以确保建筑结构的安全、质量，实现设计目标。
参考文献
[1]熊进刚，吴晓莉，程文瀼，陈礼建，杨建明.有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究[J].工业建筑，2001.
[2]赵京江.结构设计中梁式转换层设计要点——怡福苑A1幢住宅结构设计体会[J].建筑技术管理，2015.
论文作者:郑荣初
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/24
标签：结构论文; 高层建筑论文; 刚度论文; 楼板论文; 截面论文; 剪力论文; 结构设计论文; 《基层建设》2017年第17期论文;