建筑工程职称论文梁式转换层结构设计

　　摘要：高层建筑转换层的设置时为了满足结构底部大空间的使用要求，应对上部楼层部分竖向构件不能直接连续贯通落地的状况，同时将上部结构的内力转移到下部梁式转换层具有传力直接、明确,传力途径清楚、受力性能好、工作可靠、构造简单、施工方便的优点。本文对转换层进行的概述，对转换层的设计原则进行分析，并对梁式转换层的设计方法存在的问题及正确的设计方法进行了研究。

　　关键词：高层建筑,转换层,梁式转换层,结构设计

　　一、 转换层概述

　　建筑物某楼层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构(设备)类型，并通过该楼层进行结构(设备)转换，则该楼层称为结构(设备)转换层。目前的高层建筑多为低层商用，上部住宿的多功能要求，在低层商用要求的大空间与上部住宿要求的多墙多柱的小空间之间，往往需要采用一定的结构形式进行转换处理，即加设转换层。转换层常用的结构形式包括梁式、空腹桁架式、斜杆桁架式、箱形和板式。转换层在建筑上具有提供大的室内空。间;为建筑物提供大的入口;在高层建筑中部提供大空间等功能

　　二、转换层设计原则

　　高层建筑中转挨层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，地震作用时在转换层上下容易形成薄弱环节，对结构抗震不利，故转换层结构在设计时应遵循以下原则：

　　1、减少转换

　　布置转换层时，当上下主体是竖向结构时，尤其对于有框架核心筒结构中核心筒的情况时，应该注意使尽可能多的上部竖向结构，并且能向下落地连续贯通。

　　2、传力直接

　　传力直接能够对整体结构有很好的转换作用，布置转换层上下主体竖向结构时，应该尽量避免多级复杂转换，这样使水平转换结构传力直接，而且慎重采用传力复杂、抗震不利的厚板转换，如上下柱网确实无法对齐时，尽量采用箱形转换。

　　3、优化转换结构

　　当建筑功能里面考虑到抗震设计，宜优先选择如斜腹杆桁架(包括斜撑)、空腹桁架和扁梁等，不致引起地震作用下框支柱(边柱)柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式。同时要注意需满足重力荷载作用下强度、刚度要求。

　　4、保证强度

　　设计中应当确保转换层有足够的刚度，一般应使梁的高度不小于跨度的六分之一，才能保证内力在转换层及其下部构建中分配合理，转换梁、剪力墙柱有良好的受力性质，能较好的祈祷结构转换作用。

　　5、对称布置

　　梁上转换层以上的墙和柱子应尽量对称布置，梁上立柱应尽量设在转换梁跨中，以免转换梁变形时，在梁上立柱的柱脚处产生较大转角，带动立柱柱脚产生较大变形，引起柱的弯曲及剪切，使立柱很大的内力而超筋。

　　三、转换层结构设计方法存在的问题

　　目前在多、高层建筑中，开发商多要求建筑物具有完备的建筑功能，建筑师在建筑设计中也往往首先想到采用结构转换层来完成上、下层建筑物功能的转换。但一些结构设计人员在实际进行转换层设计时显得无从下手，没有可操作、可遵循的设计思路、设计原则来进行结构设计。造成这种现象的主要原因是当前转换层设计没有相关的可遵循的设计准则，使设计人员难以进行结构选型、截面确定、计算模型确定、计算方法确定，计算结果应用以及配筋方法的实施等一系列结构设计步骤。这种现状与我国当前高层建筑的迅猛发展是不相适应的。转换结构层具有与一般结构层相比结构重量大、结构层刚度大、几何尺寸超大、受力复杂等特点。这样的尺寸和重量意味着转换结构组成了建筑物的主要构件。它们设计的是否合理、安全、经济对整个结构的安全性、结构造价、施工费用等有着重要影响。现有的转换层设计方法，主要是针对形式简单、受力相对简单的转换梁，对于受力复杂的转换梁还没有深入研究。即便是对于形式简单的转换梁，其受力性能也没有完全清楚，而往往是互相混淆，设计概念不明确，设计原则不准确。对于转换梁的配筋方法也限于用普通梁的配筋方法加以套用，造成转换梁截面超大、配筋偏多、配筋构造无法实现、施工困难等现象。

　　三、梁式转换层的结构设计方法

　　高层建筑转换结构一般可分为4种基本结构形式，即：梁式转换结构(包括托梁和双向梁格)、桁架转换结构(包括空腹桁架)、箱型转换结构、厚板转换结构。

　　一般运用于底部大空间的框支剪力墙结构体系.它是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. 当需要纵横向同时转换时,则采用双向梁布置.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。

　　(一)梁式转换层结构的设计计算要点

　　(1)带转换层的高层结构是复杂的空间受力体系，必须将转换结构作为整体结构中的一个重要组成部分，应确定较能反映结构中各构件的实际受力状况的力学模型，选取合适的三维空间分析软件进行整体结构计算分析。

　　(2)抗震计算中，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应少于15，且应使振型参与质量不小于总质量的90%。

　　(3)应采用弹性时称分析法进行补充计算;必要时宜采用弹塑形静力或动力分析方法验算薄弱层弹塑形变形。

　　(4)8度抗震设计时转换构件还应考虑竖向地震的作用，可采用反映谱方法或动力时程分析方法计算;近似考虑，也可取构件重力荷载代表值的10%;

　　(5)转换层是薄弱楼层，不论其竖向侧向刚度是否满足规范要求，其地震剪力应乘以1.15的增大系数。特一级、一级、二级转换构件水平地震作用内力应分别乘以增大系数1.8，1.5，1.25。

　　(6)框支转换中，由于转换层以下的落地剪力墙刚度远大于框支柱，为提高剪力墙裂缝开展后框支柱的承载力安全度，应对框支柱的剪力作相应调整。.框支柱承受的最小地震剪力计算以框支柱的数目10根为分界，此规定对于结构的纵横两个方向是分别计算的。若框支柱与钢筋混凝土剪力墙相连成为剪力墙平面内方向统计时端柱计入框支柱的数目，沿剪力墙平面外方向统计时其端柱计人框支柱的数目。

　　(7)带转换层结构属于竖向不规则建筑，应特别重视转换层以及底部加强部位的加强，体现“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强底层柱底”、“强底层墙底”等的一系列内力设计值调整系数均应按规范予以考虑，目的即是要重点加强以满足前述的设计概念的第二条要求。

　　(二)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。

　　(三)托墙形式转换梁截面设计

　　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，应全部伸人支座。当转换梁承托上部墙体满跨且开较多门窗洞或不满跨但剪力墙的长度较大时，转换梁截面设计方法也宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，纵向钢筋的布置则沿梁下部适当分布配置，且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。转换梁的结构形式有很多种，目前高层建筑转换层结构的实际工程应用也很多。一般而言，高层建筑转换层结构的分析必须按施工模拟，使用各阶段及施工实际支撑情况分别进行计算，以反映结构内力和变形的真实情况。施工过程中的力学问题应引起设计人员和施工人员的高度重视。

　　结束语

　　梁式转换层能够使高层建筑在转换层上下的墙、柱轴线摆脱了构造上的限制，同时改善整体结构的受力情况，使整体布局更为合理，因而适用于结构复杂的高层建筑。实际工程中转换层的几何形状和受力情况是很复杂的，因此，结构的设计问题就显得十分重要，作为工程结构设计人员，要根据工程的实际情况，进行严格的设计，保证工程的质量与安全。

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