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摘要：梁式转换结构作为高层建筑中能够实现垂直转换的结构形式得以广泛应用。在梁式转换的高层建筑结构设计中，转换层及转换梁的设计是整体结构设计的一个重点和难点。基于此，本文围绕梁式转换层在高层建筑结构设计中的应用展开分析。
关键词：梁式转换层；高层建筑；结构设计；应用
1、梁式转换层的受力特点概述
研究表明，作为梁式转换层的主要受力构件――转换梁，其受力形式与受力大小受上部结构形式、转换上下层相对刚度、转换层的位置等因素的影响。在这些因素影响下，带有转换层的结构在水平荷载下将表现出不同的受力性能。
根据分析，对一般结构转换大梁（跨度小于12m），考虑上部结构的协同受力，考虑3层与考虑4-5层的内力差异小于5%。故在计算分析时可只考虑计算上部3层结构的协同受力。不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，考虑被转换剪力墙与转换梁整浇的协同作用，转换梁刚度增大较多，也即模型计算中托墙梁刚度放大系数。梁式转换结构的转换层，上下竖向构件不连续，刚度发生变化，需要楼板进行整体受力协调，将上下不连续的竖向构件的水平力在平面内协同。因此，转换层楼板需要加厚，同时应避免大开洞及降板。转换梁包括部分框支剪力墙结构中的框支梁以及上面托柱的框架梁，是带转换层结构中应用最为广泛的转换结构构件。结构分析和实验研究表明，转换梁受力复杂，而且十分重要，因此，本文后续讨论梁式转换结构的注意事项及转换梁的加强措施。
2、梁式转换层结构的设计应遵循的原则
带转换层建筑结构是一种：受力复杂、不利于抗震的结构体系，在结构总体设计时，特别是在抗震设防地区，应遵循的如下原则：
2.1传力直接，避免多次转换
布置转换层上下主体竖向结构时，要尽量使水平转换结构传力直接，通过结构的合理布置，使不落地的剪力墙通过转换梁直接传给竖向承重构件，尽可能的避免转换次梁及水平多级转换，实现传力路径的最短化。
2.2强化下部、弱化上部
要保证底部有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，要有意识的强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构的刚度，使得转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近，以避免出现薄弱层。
2.3保证转换层具有足够的刚度
转换结构设计时，转换层应有足够的刚度，转换层的刚度主要是落地剪力墙、转换柱、转换梁产生，通常落地剪力墙受到建筑功能的影响，数量较少。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，转换柱和转换梁的截面必须有足够的保证，抗震设计时转换柱截面不宜小于转换梁跨度的1/12，转换梁截面不宜小于计算跨度的1/8。
2.4转换层结构位置不宜过高
对于转换结构，高位转换（转换层设置在三层及三层以上）对结构抗震不利，同时需要更多更严格的构造加强措施。从结构概念及成本角度考虑，应尽量将转换层设置在楼层较低位置。
2.5转换柱以及剪力墙应对称布置
转换柱和剪力墙设置时尽量对称，被转换柱宜设置在转换跨中，以免在转换梁变形时，被转换柱产生较大转角，从而引起被转换柱产生较大附加内力，导致较大配筋或超筋。
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
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[4]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:魏巍
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/22
标签：结构论文; 刚度论文; 高层建筑论文; 裂缝论文; 结构设计论文; 受力论文; 截面论文; 《建筑学研究前沿》2017年第24期论文;