林玮玮
深圳市劳伦斯建筑规划有限公司 广东深圳 518000
摘要：近几年，国内梁式转换层结构的工程逐渐增多，高层建筑开始逐渐向体型复杂、功能多样的综合性方向发展，因此，结构已成为现代高层建筑结构的发展趋势之一。高层建筑梁式转换层结构的设计是非常负责的，需要考虑的因素很多，需要设计师在整体和局部都有一定的把控，这样才能保证设计的效果。本文对高层建筑梁、板式转换层结构设计方法进行了研究，具有一定的借鉴意义。
关键词：高层建筑；梁、板式结构；转换层；设计；要点
众所周知，在高层建筑的结构中，转换层是非常重要的，作为关键位置的转换层结构设计成为了整个工程的重要问题所在，本文对高层建筑转换层结构受力特点进行了介绍，对高层建筑梁、板式转换层设计原则进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对高层建筑梁、板式转换层结构设计要点进行探讨。
1、高层建筑梁、板式转换层的结构受力点
就目前而言，通常含有转换结构的高层建筑的底部会设计大空间剪力墙，其中部分剪力墙为在底落地形式，也有的在底部为框的结构形式，而此种结构的受力点如下。
1.1 上部、下部剪力墙的受力关系
当今，高层建筑中，以转换层为界层的底部大空间剪力墙结构，其上半部分的所有剪力墙的变形曲线几乎都一样，几乎是由水平外力产生的楼层剪力，再按各片剪力墙的等效刚度进行比例分配；而其下半部分因框支剪力墙的侧向刚度迅速减小，从而引起底层框架承担的水平力同样急速变小，相反使落地剪力墙的底层承担水平力得以急速增长。
1.2 高层建筑底层水平力的分配关系
高层建筑其底层的水平力的分配关系是通过转换层楼板的刚度对内力的传递作用而实现剪力的迅速改变。转换层楼板在水平力的作用下顺利的使上下楼层的剪力实现重新分配，但转换层楼板本身同样会在平面内承受一个相当大的力，这个力使楼板产生较为明显的平面内变形，从而影响了关于楼板平面刚度无限大的基本假定。
1.3 底层框支柱和落地剪力墙的受力转换
当底层框支柱和落地剪力墙按等效刚度来分配水平力时，由于框支柱的侧向刚度通常不到剪力墙侧向刚度的1%，所以在进行水平力分担时，框支柱所能分担的水平力是极其有限的，甚至可以忽略不计。但是如果当转换层楼板发生变形时，处在框支柱区域内的底层的水平位移将会达到最大，从而使框支柱实际受到的剪力要比理论分析所得到的剪力大得多。由于转换层上下附近的受力状况相对是比较复杂的，同时又鉴于以上底层框支柱和落地剪力墙的受力特点分析，需要在工程设计时对落地剪力墙和框支柱留有一定的安全储备。
2、高层建筑梁、板式转换层设计原则
2.1 转换层的结构平面布局原则
在建筑工程的底部大多采用体型规则并且简单的剪力墙结构作为框架，而工程上部则采用纯剪力墙结构。在剪力墙平面布置上，南北向刚度中心与质量中心的结构偏差不超过2m，东西则要完全对称，这样才能保证结构偏心率做到最小。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除核心筒外，其余剪力墙布置需要尽量沿周边进行布置，做到分散切均匀，这样能更好的增强建筑物的抗扭性。从研究得出，当转换层处于较高的位置，落地剪力墙和简体会产生一定数量的受弯裂缝，直接导致框支柱的内力增大，最终破坏转换层上部附近的墙体。同时当底部转换层位置越高，转换层上下刚度突变会越大，同时加上内力的传递，这种突变会越加剧。从而我们得出，一旦转换层位置越高，建筑物的抗震效果是不够理想的。
2.2 转换层的竖向布置原则
高层建筑转换结构的布置原则主要是根据建筑功能和结构传力的需要来进行安排的，不同的建筑风格可以进行灵活布置，同时也可以更加建筑的功能性需求，在楼层局部来布置转换层，保证转换层有足够的刚度，尽量缩小竖向刚度的差距，这样做的优势是既可以作为正常楼层来使用，还可以作为技术设备层。结合商住建筑的工程实践经验，通常对于大底盘多塔楼的建筑，需要对屋面梁的尺寸和厚度进行加大，同时塔楼的转换层设在裙房的屋面层，能有效的增强楼层的刚度，达到减小震害的目的。对部分框支剪力墙高层建筑结构，其转换层的位置，7度区不宜超过第5层，8度区不宜超过第3层。
2.3 转换层的抗震设计要求
转换层的抗震设计要求，放在首位的即为安全性能。根据安全规定，框支剪力墙结构转换层的位置大部分都设置在3层之上，同时对框支柱、剪力墙底部需要按照高级规定来加强各部位的抗震等级，提高建筑的抗震构造的安全性。在进行8度抗震设计的考虑时，应结合竖向地震作用的相关影响，对转换层的转换构件水平地震作用的内力计算需做增大处理。而对于底部带转换层的框架，其外围为密柱框架的简中简结构的抗震等级则不需要提高。
3、高层建筑梁、板式转换层结构设计要点
3.1 梁、板式转换层结构设计的原则
3.1.1 避免多次转换，实现直接传力
在对高层建筑梁、板转换层上下主体竖向结构进行设计时，最重要的是尽量减少或避免水平梁与转换次粱之间在水平方向的多次、多级转换，尽量实现传力路径最短化。比如，我们可以通过水平转换结构来进行直接传力，使不落地的剪力墙通过转换托梁直接传给竖向承重构件，以实现结构的合理布置。
3.1.2 弱化上部、确保底部
高层建筑的转换层在空间设计要求上要达到一个合适的刚度、强度，以强化转换层底部主体结构的刚度，同时弱化了其上部结构，从而使转换层上下部主体结构的刚度更好的接近变形特征，达到规避薄弱层的目的，进而提高建筑物的延性和抗震力。
3.1.3 精确计算转换层结构
转换结构作为建筑物整体结构的重要组成部分，需要对转换层进行精确计算。尤其是对建筑的三维整体空间结构要进行全面的、准确的、实时的受力变形计算。一般采用的方式是有限元方法，运用这种计算需要取2层结构（选择转换结构以上位置）进入局部计算模型，还要对转换层及所有楼层楼盖平面内的刚度进行测算，以及转换层实际结构三维空间的实际边界进行正确计算。
3.2 转换层结构的构件设计
转换层结构由于竖向结构的刚度易突变，从而导致了竖向抗侧力构件产生不连续且容易使水平力在途径的转换层发生突变，尤其是遇到强震，在强震作用下，转换层结构更容易产生薄弱部位。因此在转换层结构构件的抗震设计中，需要对转换层上下刚度比进行严格控制，同时还要采取相应的措施，对转换层及附近层结构构件包括转换柱、转换梁、落地墙、转换层上下各两层楼板等构件进行强化加固，以保证水平剪力能实现有效的传递，确保结构底层在强震下有足够的延性。
3.3 转换层分析计算
我们在转换层分析计算时，要分析结合楼层平面内刚度的影响，要采用符合现状的正确计算模型（切切不能忽略转换结构的上下楼层的局部计算模型的计算）。最后，要采用有限元计算软件对转换层本身进行局部应力的补充计算。通常，框支剪力墙的计算需要考虑的因素很多，由于上部剪力墙与多根柱是相连接的，因此相对是比较复杂的，处理不当就会产生较大的计算误差。针对底部框支剪力墙，值得注意的是，在计算时需要以柱单元来进行考虑，同时需要把上部剪力墙肢与下部转换柱全部设为转换梁。
3.4 转换梁的截面设计方法
如果，我们所选择的设计方法为托柱形式转换梁的截面设计，那就需要按普通梁截面设计方法来进行配筋计算（一般要控制在转换梁承托上部普通框架常用截面的尺寸范围内）。一般来说，转换梁的截面设计方法首先应对转换梁作出有限元分析，以此获得相关的应力分布规律及相关数据，然后针对分布规律及相关数据计算出截面配筋，与此同时，在忽略混凝土的抗拉作用的前提下，直接应用转换梁有限元法分析方法对应力大小做出计算，对由钢筋承担的受压区，当然，混凝土的强度必需达到轴心抗压强度设计值。
3.5 托墙形式转换梁截面设计
如果所选择的设计方法为转换梁承托上部斜杆框架，这时转换梁会受到一种轴向拉力，我们在设计时应考虑到偏心受拉构件，并以此进行截面设计。更具体地说，当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁和上部墙体会同一时间受力且同一时间作用，而这种同时受力同时作用的形态通常呈现一种深梁形式，此时转换梁截面设计方法比较适宜采用应力截面设计或深梁截面设计，以此得出纵向钢筋应沿全梁高合理分布配置。而采用应力截面设计时，转换梁跨中会受到一个大范围的内力，而此内力至使其底部的纵向钢筋不易弯起或截断，需要全部进入支座中。假如转换梁承托上部墙体为小墙肢设计时，转换梁的配筋计算可以按普通截面设计方法进行，同时纵向钢筋也可按普通梁集中布置在转换梁的底部。
4、结束语
总而言之，高层建筑梁、板式转换层结构设计需要考虑到的细节是多方面的，需要建筑结构中的每个环节进行配合，因此是一个非常庞大且复杂的工程。建筑梁、板式转换层的设计也对建筑工程师提出了较高的要求，需要工程师在设计时从建筑全局来进行把控，切不可顾此失彼。
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[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）：113-114.
论文作者:林玮玮
论文发表刊物:《基层建设》2016年3期
论文发表时间:2016/5/30
标签：结构论文; 刚度论文; 高层建筑论文; 剪力墙论文; 截面论文; 水平论文; 结构设计论文; 《基层建设》2016年3期论文;