摘要：梁式转换层结构是一种利用下部的转换大梁，将上部剪力墙落在框支梁上，再由框支柱支撑框支梁的结构体系，因其具有传力路径清晰快捷、工作可靠、构造简单、施工方便等优点，成为目前国内应用最广泛的转换层结构形式，其结构设计对建筑物有着重要的影响。
关键词：梁式转换层；结构设计；要点
1.梁式转换层的受力特点及结构形式
研究表明，作为梁式转换层的主要受力构件――转换大梁，其受力形式与受力大小受上部结构形式、转换梁上下层相对刚度、转换梁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），上部墙体考虑三层与考虑4 层、5 层内力的设计控制内力差异不大于5%，故在分析计算时可只考虑计算3 层。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小，同时转换大梁也会有一段范围出现受拉区。实际工程中转换梁的形式是各种各样的。从跨数上，可分为单跨、双跨及多跨；从转换梁功能上，可分为托墙和托柱；从转换梁形式上，可分为加腋不加腋；从转换梁结构采用材料上，又可分为钢筋混凝土、预应力混凝土和钢骨混凝土、钢结构等。
2.梁式转换层结构的设计与构造
2.1转换梁的设计与构造要求
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。当洞口内为较大时，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人柱内。
2.2框支柱的设计与构造要求
①每层框支柱的数目不多于10根的场合，当框支层为1～2层时，每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框支层为3层及3层以上时，每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%；
②每层框支柱的数目多于10根的场合，当框支层为1～2层时，每层框支柱承受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%。
③转换梁的截面设计方法
目前国内结构设计工作普遍采用的转换梁截面设计方法。主要有：应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析得到的结果是应力及其分布规律，为能直接应用转换梁有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，假定不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担钢筋达到其屈服强度设计值。受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值。
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2.3转换梁截面设计方法的选择
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。
2.4上部框架设计和构造要求
①上部框架上转换梁共同工作，可视作一个层层受楼板约束、受相连粱空间约束的巨型平面空腹析架。设计时可以加大转换梁上面几层框架粱的刚度，以达到共同承受上部荷载和起到二道设防的作用，同时由一层粱承托变成层层梁承托上都框架柱的工作机制。
②转换结构上部框架须按强柱弱梁的原则进行设计，确保塑性铰在梁端出现，使柱比梁有更大的安全储备。
③转换层结构的试验研究表明，与转换梁相连的柱子往往是薄弱环节；转换梁上层框架梁柱受力复杂，应力集中，设计时应根据实际受力情况进行较准确施工模拟计算分析。
3.梁式转换层结构设计中应注意的问题
3.1计算考虑要周全，受力模型清晰
计算时应将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分，采用符合实际受力变形状态的计算模型进行三维空间整体结构计算分析，必要时应采用有限元方法（如PKPM软件中的FEQ有限元分析程序）对转换结构进行局部补充计算，同时应按规范要求进行弹性时程分析计算。
尽管框支梁与转换梁都用于转换层，但它们之间有细微的区别，应了解它们的受力机理方可判断计算结果的合理性。简单的说框支梁就是一般剪力墙以下的框架梁，转换梁就是较小的剪力墙或柱子以下的框架梁；转换梁只受弯矩、剪力，为普通受弯构件，而框支梁还受拉力，一般属于偏心受拉构件，类似于砖混结构中墙梁中的托梁；转换梁两侧楼板同普通楼板，而框支梁两侧楼板除有一般楼板的作用外还起着与框支梁一同受拉的作用；转换梁和框支梁受力不同，二者的构造和配筋也不同。
3.2转换层位置在建筑竖向的位置宜低不宜高
规范规定对部分框支剪力墙结构，转换层设置高度在8度时不宜超过3层，7度时不宜超过5层，6度时可适当提高。当必须采用高位转换时，应尽量采用外围为框架的筒体结构，因其侧向刚度突变比部分框支剪力墙结构有所改善，抗震性能会好些。
3.3协调上下部分结构布置，尽量减少转换构件数量
上部竖向构件尽可能置于转换梁靠近支座处，以利于竖向力的传递，尽可能减少结构需转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，转换构件越少，转换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震越有利。
3.4传力直接，尽量避免次梁为转换构件
布置转换层上下主体竖向结构时，要尽可能使水平转换结构传力直接，尽量避免次梁为转换构件，因为次梁为转换构件的话无论从传力途径、抗震性能以及经济性来说都不够好，次梁上部用填充墙来代替。
3.5保证结构竖向刚度比
为防止沿竖向刚度变化过于悬殊形成薄弱层，设计中应考虑使上下层刚度比宜接近于1，不大于规范的限值，这样才能保证结构竖向刚度的变化不至于太大，使转换层上下有良好的抗侧力性能，有利于结构整体受力。当转换层设置在1、2层时，可近似采用转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比γe1表示转换层上、下层结构刚度的变化，γe1宜接近1，非抗震设计时γe1不应小于0.4，抗震设计时γe1不应小于0.5。γe1可按高规公式（E.0.1）计算。当转换层设置在第2层以上时，按高规式（3.5.2-1）计算的转换层与其相邻上层的侧向刚度比不应小于0.6。
结束语：现代建筑的转换层结构中，因其应用功能的多样化而使建筑物结构传力体系复杂化。因此设计人员在梁式转换层结构设计时，应该不断研究和进行设计方案比较，在可能的情况下做出较优的技术方案，保证建筑物的安全性和经济性，以达到科学经济的设计目的。
参考文献
[1]李春富，浅析高层建筑梁式转换层的设计[J].工程论坛.2011.
[2]黄志勇.论高层建筑梁式转换层结构设计[J].园林、建筑、结构与规划设计.2011.
[3]熊国繁.结构转换层在高层建筑中的研究与应用[J].山西建筑.2013
论文作者:刘献佳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/2/28
标签：结构论文; 刚度论文; 剪力论文; 构件论文; 截面论文; 受力论文; 框架论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;