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摘要：随着城市化的不断发展，高层建筑本就向着复杂的法相发展着，这也就使得原本就很复杂的转换层的设计变得更为复杂的工程。因此，在进行相应的设计过程中，必须结合实际的工程特点和情况，对建筑进行全面的研究计算和分析，进一步选择出科学合理的转换层结构设计方案，防止问题的出现，从而提高设计和施工效率。本文就从高层建筑梁式转换层结构设计展开分析。
关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计
1、转换层概述
当高层建筑底部带结构转换层时转换层上部的部分竖向构件是不能连续贯通。因此，需要设计出合理的转换构件。通常转换构件主要包括转换大梁、斜撑、箱形结构以及厚板等。厚板转换受地震影响大，使用时存在较大局限性；箱形转换的优点是转换梁的约束性强，刚度大，整体性好，缺点是施工复杂，造价高。目前一般采用梁式转换，即将上部剪力墙设于转换梁上，再由转换柱来支撑转换梁。其优点是传力方向明确，设计和施工简便，造价低。
2、高层建筑工程梁式转换层结构设计特点
梁式转换层结构传力途径为墙-梁-柱（墙）形式，具有传力明确、清晰、直接特点。转换结构主要作用是承受上部结构传来的竖向荷载和水平荷载，这样就导致转换结构构件存在很大的内力，在对结构进行设计时，就需要将对竖向荷载的控制作为研究要点。对高层建筑工程梁式转换层结构来说，基本上均具有比上部结构大于数倍的跨度，决定了结构设计时还需要做好对结构竖向挠度的控制。通常为提高转换层结构强度与刚度，会导致结构构件截面尺寸加大。对高层建筑工程设计转换层结构，会沿着建筑高度方向对刚度均匀性造成影响，改变力的传播途径，成为竖向不规则结构，在对梁式转换层结构进行设计时，需要结合其所具有的特点来确定设计要点，选择措施做好每个环节的优化分析。
3、高层建筑工程梁式转换层结构设计实例分析
本工程位于某市中心城区，是商住合为一体的高层建筑，建筑物总高为65.4m，其中地下1层，主要用途为汽车库和设备用房；1~3为商业用途；4~20层为住宅楼。
3.1根据结构选型进而确定设计
因为该工程为商住混为一体的综合性建筑，住宅楼部分分隔空间较多，所以采用剪力墙结构；而底部商业楼需要用到大空间结构，就要将剪力墙结构中的部分剪力墙改为框架结构。这种上部为剪力墙结构，底部为部分框架的剪力墙为框支剪力墙结构。当住宅楼部分剪力墙不能从上到下贯通到基础时，应设置转换层。不同类型的转换层结构优缺点对比如下：
3.1.1梁式转换层的设计和施工均较为简单，传力较为明确，是目前应用最为广泛的转换型式。它的缺点在于，当上下轴线错位布置时，需增设较多的转换次梁，空间受力较为复杂，此时应对框支主梁进行应力分析。
3.1.2箱式转换结构的优点在于，转换梁的约束强，刚度大，整体工作效果好，上下部传力较为均匀，并且建筑功能上还可将其作为“设备层”；缺点是转换梁梁中开设备洞较多，施工复杂，且造价较高。
3.1.3厚板式转换层的优势在于，下部柱网受上部结构布局影响较小，可灵活布置，厚板刚度很大，形成一个承台，整体性较好，而且施工也较为便捷，但由于厚板自重很大，地震作用也大，容易产生震害，并且材料耗用多，经济性也较差。
3.1.4桁架式转换层的框支柱柱顶弯矩和剪力比其他几种转换型式相对较小，但此法施工复杂程度较高，且对于轴线错位布置时难度较大。
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对上述各种结构进行综合分析，梁式转换结构相对其它几种更为经济、可靠，所以该工程选用了带梁式转换层的框支剪力墙结构。
3.2抗震等级的确定
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010），本工程为丙类建筑，高度65.4m，所处地区地震设防列度为7度，根据表3.9.3得知框支框架及底部加强部位的剪力墙抗震等级均为二级。又根据10.2.6条对部分框支剪力墙结构，当转换层的位置在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需提高一级采用。因本工程转换层位置处于结构3层，已属于“高位转换”，根据规范要求，该框支框架与底部加强部位的剪力墙抗震等级均为一级。
3.3转换层结构布置
由于上部的住宅楼需分隔空间较多，一次转换难以满足建筑功能的需求，因此本商住楼设置了主梁与次梁的二次转换。
3.4构造措施
对整体结构进行概念分析的基础上还需采取必要的构造措施以满足结构抗震设防的要求。本工程采取的构造措施如下：
3.4.1加强底部框支层的刚度与延性。转换层以下剪力墙与框支柱混凝土等级均取C40；底部剪力墙厚度取350㎜，而核心筒部分的厚度则取400㎜，并尽量不开洞或开小洞为宜，以免削弱底部结构刚度。考虑到本工程结构不规则，整体性较差，因此在满足建筑使用功能的前提下尽量布置多些落地剪力墙，减少转换构件，还使质心与刚心尽量重合，使其满足转换层结转换层上下楼层侧向刚度比与转换层等效侧向刚度比的要求。
3.4.2加强转换层楼板的刚度和延性。由于转换层楼板是框支剪力墙结构的分界，上下两部分的受力性能差异较大。上部各片剪力墙结构在外部荷载的作用下基本是按等效刚度比例分配，受力性能效好；而下部框支柱与落地剪力墙由于性能的不同使水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变，容易造成薄弱层。所以为了确保水平荷载的可靠传递，转换层楼板采用了C35混凝土，楼板厚度为200㎜，钢筋采用高强度HRB400级钢筋双层双向布置，配筋率满足每层每向大于0.25%的要求。
3.4.3结构计算。对于复杂高层建筑，合理选择计算软件在设计过程中非常重要。为了确保计算结果的可靠性，本工程主要应用中国建筑科学研究院编制的2010版PKPM-SATWE进行计算，并用北京迈达斯技术有限公司编制的Midsabuilding2012进行复核。转换层作为整个结构的一个重要组成必须采取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受力分析，并对转换层结构进行局部补充计算。为了保证转换梁柱的传力可靠，转换梁柱中线宜重合；本工程转换梁截面主要为400㎜×1200㎜，450㎜×1500㎜，500㎜×1500㎜几种尺寸，满足规范转换梁截面高度不宜小于计算跨度的1/8，框支梁截面宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，且不宜小于其上端截面厚度的2倍和400㎜的较大值的要求；框支柱主要为700㎜×900㎜，800㎜×800㎜，800㎜×1000㎜几种尺寸，满足柱轴压比与规范要求的抗震设计时宽度不宜小于450㎜，高度不宜小于转换梁跨度的1/12要求。对于带转换层的复杂高层建筑，除了需考虑扭转耦联作用外，还需考虑模拟施工加载。
结束语
梁式转换层在多功能高层建筑中发挥着重要作用，需要根据建设需求结合成功经验及必要计算，并采取适当的加强措施，实现结构优化设计，保证高层建筑的安全性。
参考文献
[1]魏利金.建筑结构设计规范疑难热点问题及对策[M].北京：中国电力出版社，2015.
[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].
论文作者:许子志
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第6期
论文发表时间:2018/8/22
标签：结构论文; 刚度论文; 剪力墙论文; 高层建筑论文; 厚板论文; 荷载论文; 截面论文; 《建筑学研究前沿》2018年第6期论文;