摘要：随着建筑行业的持续发展，高层建筑数量不断增多，梁式转换在建筑结构设计中得到了广泛的应用。文章结合工程实例，阐述了高层建筑梁式转换层结构设计原则，并针对高层建筑梁式转换层结构设计中相关要点进行了探讨，主要从抗震等级、结构布置、结构构件设计、构造加强措施等几个方面进行了论述，以供建筑结构设计人员参考。
关键词：高层建筑；梁式转换层；结构布置；结构计算；结构构件
随着我国高层建筑建设规模不断扩大，建筑功能得到了不断优化，不同的功能，其空间存在较大的差异，如果采用单一的结构形式，将会难以满足现代建筑的使用要求。而在高层建筑建设过程中，转换层结构形式由于具有具有底部空间大，空间使用灵活等优点，从而得到了广泛的使用。但在实际应用中，仍存在众多的问题，如结构刚度容易发生突变、竖向构件出现不连续等问题，这样将不利于整个结构传力路线和结构抗震。因此，我们有必要做好高层建筑梁式转换层结构设计。本文结合工程实例，就高层建筑梁式转换层结构设计中相关要点进行探讨。
1 工程概述
某商业综合楼，地上28层，地下2层，总用地面积约为4600㎡，总建筑面积约8万㎡。1~3层为商场，3~28层为办公，地下2层为汽车库和设备用房。3层以下采用框架-剪力墙结构，3层以上采用剪力墙结构。
2 梁式转换层结构设计原则
在高层建筑转换层结构设计过程中，建筑竖向刚度时常会发生突变，在地震作用下转换层上下易形成薄弱环节，这样将不利于结构抗震措施，因此，在结构设计中应遵循以下几个方面的原则：
（1）在整体结构设计中，应满足规范要求，不断加强转换层下部主体结构刚度，如采用增设剪力墙、增大竖向构件截面等措施，同时，还要减弱上部结构刚度，实现下部分的剪切刚度的协调。
（2）在高位转换时，我们应选择桁架式转换结构，以避免框支柱剪力和柱顶弯矩问题。
（3）在核心筒竖向结构构件设计中，我们应确保构件的连续贯通，传力明确。除此之外，还要不能采用多级复杂转换形式，以避免传力不明确。
（4）在高层整体结构分析时，我们要重视转换结构设计的各个环节，并建立正确的计算模型，对结构进行弹性时程分析和补充计算，同时将这两种分析结果进行对比分析。另外，还要注意对整体结构进行重力荷载下施工模拟计算；对转换结构进行局部补充计算，为模拟符合的实际边界条件，局部计算模型中至少要取2层结构。
3 梁式转换层结构设计要点
3.1 抗震等级的确定
在确定框支剪力墙结构抗震等级时，对于转换层以上剪力墙，应按普通的剪力墙结构的抗震等级进行取用，而对于框支层框架的抗震等级和落地抗震墙底部加强部位的抗震等级，需要按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）予以提高。本工程抗震设防烈度为7度，底部加强部位剪力墙以及转换层以上非底部加强部位剪力墙抗等级震按二级。按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2010）中第3.3.2条的规定，丙类建筑需满足本地区抗震设防烈度要求。若为甲类建筑场地，场地的设防烈度为6、7度时，在采用抗震构造措施时需要按本地区抗震设防烈度提高一度。
3.2 结构竖向布置
本建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变。在设计过程中，我们要强化下部，弱化上部。其措施如下：
（1）使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可在底部增设部分剪力墙。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还与建筑专业协商后，让两侧各有一片剪力墙落地，从而大大增强了底部刚度。
（2）加大底部剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中，核心筒部分的厚度取为600mm，其余部分的厚度取为400mm。
（3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。
（4）适当减少转换层上部剪力墙数目，控制剪力墙厚度，并可在某些较长剪力墙中部开结构洞，以弱化上部刚度。弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利，还可减轻建筑物重量，减小框支梁承受的荷载；增大结构自振周期，减小地震作用力。工程综合采用上述几种方法后，转换层上下刚度比在X方向为0.725，在Y方向为0.813，满足规范要求，效果良好。虽然上下部刚度比满足要求，但毕竟工程仍属于竖向不规则结构，转换层及其下各层为结构薄弱层，因而应将该两层的地震剪力乘以1.15的增大系数。
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3.3 结构平面布局
本工程底部为框架—剪力墙结构，体型简单、规则；上部为纯剪力墙结构。在剪力墙平面布置上，东西向完全对称，南北向质量中心与刚度中心偏差不超过2m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余剪力墙布置分散、均匀；且尽量沿周边布置，以增强抗扭效果。查阅计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.85，各层最大水平位移与层间位移比值不大于1.3，均满足平面布置及控制扭转的要求。
3.4 梁式转换层结构构件设计
3.4.1 转换梁的设计
转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定，以避免脆性破坏和具有合适的含箍率。转换梁不宜开洞，若需要开洞，洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施，箍筋要加密，以增强其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数1.2。当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。
转换梁的混凝土强度等级不应低于C30。转换梁上、下主筋的最小配筋率非抗震设计时为0.3%，转换梁中主筋不宜有接头，转换梁上部主筋至少应有50%沿梁全长贯通，下部主筋应全部贯通伸入柱内。
3.4.2 框支柱的设计
框支柱截面尺寸一般系由其轴压比计算确定。地震作用下框支柱内力需调整。抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20%；当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。
框支柱全部纵向钢筋配筋率，抗震等级一级时不小于1.2%，二级时不小于1.0%，三级时不小于0.9%，四级及非抗震设计时不小于0.8%。纵向钢筋间距抗震设计时不大于200mm，且不小于80mm，全部纵向钢筋配筋率不宜大于4%。
3.4.3 转换梁的截面设计
（1）设计方法的选择。托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面设计方法进行配筋计算。当转换梁承托上部斜杆框架时，转换梁将承受轴向拉力，此时应按偏心受拉构件进行截面设计。
（2）托墙形式转换梁截面设。当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。由于此时转换梁跨中较大范围内的内力比较大，故底部纵向钢筋不宜截断和弯起，应全部伸入支座。当转换梁承托上部墙体为小墙肢时，转换梁基本上可按普通梁的截面设计方法进行配筋计算，纵向钢筋可按普通梁集中布置在转换梁的底部
4 构造加强措施
（1）为确保转换梁在斜裂缝出现后，纵筋能起拉杆作用，形成桁架受力体系，底部纵筋不宜在跨内弯起或截断，而应全部伸入支座内，并有可靠锚固；顶部纵筋在跨中附近不宜过早截断，最好通长设置。转换梁截面尺寸较大，沿梁高应配置一定数量的腰筋。它可以提供一定的受弯、受剪承载力，同时，对抑制裂缝的开展，减小温度和混凝土收缩的影响都有一定的作用。因此，在设计框支梁时，加强了配筋。框支梁的上、下纵筋的配筋率一般为0.8%左右，腰筋为16@200，配箍率为0.9%；
（2）框支柱的配筋率一般为1.3%，配箍率为1.64%左右；
（3）转换层的楼板厚为180mm，配10@160 双层双向的钢筋，配筋率为0.27%；
（4）由于带转换层的高层结构比较复杂，我们在设计过程中采取了在转换层的上层的楼板及剪力墙均采用特别加强加大板厚及配双层钢筋，以利于该层内力的传递和重分布。
5 结语
综上所述，本文结合工程实例，就高层建筑梁式转换层的设计原则及相关要点进行了探讨，着重从转换梁结构布置、转换梁设计、框支柱设计、构造要求等方面阐述梁式转换层结构的设计、计算与构造要求，旨在为了建筑结构设计提供切实可行的实践经验和参考价值。
参考文献：
[1]JGJ3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2]GB 50011-2010.建筑抗震设计规范[S].
[3]文青蓝.某混凝土桁架转换层结构设计方案对比分析[D].重庆大学，2015，5.
[4]杨永康.浅谈高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用[J].中华民居（下旬刊），2014（10）.
论文作者:张俊文
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/9
标签：结构论文; 刚度论文; 截面论文; 剪力墙论文; 剪力论文; 结构设计论文; 高层建筑论文; 《基层建设》2017年第36期论文;