梁式转换层结构设计在高层建筑中的应用

摘要：随着我国经济和社会的快速发展，人民生活水平的不断提高，高层建筑的数量日益增多，功能俱全的高层建筑也越来越多，近年来，国内外的一些著名的超高层均采用了此种结构形式。本文主要探讨了梁式转换层的主要结构形式及受力特点、布置原则、转换梁的截面设计方法、梁式转换层结构转换梁、框支柱及上部剪力墙的设计要点。以便大家参考借鉴。

关键词：高层建筑 转换层 结构设计

1引言

现代高层建筑向着体型复杂、功能多样的综合性方向发展。从建筑功能上看，上部需要小开间的轴线布置和需要较多的墙体以满足旅馆和住宅的功能要求;中部则需要小的或中等大小的室内空间，可以在柱间布置一定数量的墙体以满足办公用房的功能要求;下部需要尽可能大的自由灵活的空间，要求柱网大、墙体尽量少，以满足商店、餐馆等公用设施的功能要求。从结构受力上看，由于高层建筑结构下部楼层受力较小，正常的结构布置应是下部刚度大，墙体多、柱网密，到上部渐渐减少墙、柱的数量，以扩大柱网。这样，结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反，因此必须在结构转换的楼层设置水平转换构件，即转换层结构。

目前在工程中应用转换层的主要结构形式有：梁(墙梁)式、厚板、箱形、空腹桁架式、斜杆桁架式和巨型框架等。椐不完全统计，我国高层建筑中，仅带转换层的建筑有几百栋之多。其中梁式转换层的建筑约占75%，板式转换约占11.9%，桁架转换约占9.5%，箱形等占3.6%。可见梁式转换层结构广泛应用于底部大空间剪力墙结构体系中。

2梁式转换层的主要结构形式及受力特点

2.1梁式转换层的主要结构形式

实际工程应用中转换梁的结构形式有多种多样，根据实际工程中转换梁的应用形式、受力特点及其转换梁与上部结构的共同工作形式。

2.2梁式转换层的受力特点

梁式转换层结构传力途径采用墙(柱)→转换梁→柱(墙)的形式，具有传力直接、明确和传力途径清楚的优点，梁具有受力性能好、工作可靠、构造简单和施工方便的优点，转换结构计算也相对容易。

国内外的研究表明，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，其最终受力状态由墙、转换梁作为一个整体共同弯曲变形和拱的传力作用综合影响。墙、转换梁作为一个整体共同弯曲变形，转换梁处于这整体弯曲的受拉翼缘，若单独分析转换梁，其所受的弯矩由于剪力墙的共同工作而大大降低，同时，由于处于受拉翼缘，应力积分后转换梁中就会出现轴向拉力。由于竖向传力拱作用的存在，使上部墙体上的竖向荷载传到转换梁时，很大一部分荷载以斜向荷载的形式作用于梁上，若将这斜向荷载分解为垂直和水平等效荷载形式，则垂直荷载作用下的弯矩肯定要比不考虑墙体作用时要小(，在水平荷载作用下，就形成了转换梁跨中一定区域受轴向拉力，而支座区域受轴向压力的现象。

3梁式转换层结构的设计要点

3.1梁式转换层结构的布置原则

落地剪力墙和框支柱的布置对于防止转换层下部结构在地震中倒塌将起十分重要的作用。高规规定了几条重要原则：带转换层的筒体结构的内筒应全部上、下贯通落地并按刚度要求增加墙厚;框支剪力墙结构要有足够的剪力墙上、下贯通落地并按刚度比要求增加墙厚;长矩形平面的框支剪力墙结构，抗震设计时，其落地剪力墙的间距比原规程适当加严;比原规程增加了限制落地柱周围的楼板不应错层的规定。这几点的原则是防止转换层下部结构破坏的基本要求，特别是对于抗震设计的结构，要求更加严格。遵守这些原则就可控制刚度突变，减少内力传递的突变程度，缩短转换层上、下结构内力传递途径，保证转换层楼盖有足够的刚度以传递不同抗侧力结构之间的剪力，防止框支柱因楼盖错层发生破坏。

3.2梁式转换层结构的设计要点

由框支主梁承托转换次梁及次梁上的剪力墙，其传力途径多次转换，受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需要承受梁传给的剪力、扭矩和弯矩，框支主梁易受剪破坏。这种方案一般不宜采用，但考虑到实际工程中会遇到转换层上部剪力墙平面布置复杂的情况，B级高度框支剪力墙结构不宜采用框支柱、次梁方案;A级高度框支剪力墙结构可以采用，但设计中应对框支梁进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。对于有抗震设防要求的建筑，为了改善结构的受力性能，提高其抗震能力，在进行结构平面布置时，可以将一部分剪力墙落地，并贯通至基础，做成落地剪力墙与框支墙与剪力墙协同工作的受力体系。

高层建筑转换层结构抗侧力结构沿竖向刚度发生突变，转换层楼板要完成上下层剪力的重分配，实际工程中转换层采用梁式转换时，转换层楼板加厚，可以增大转换层的整体刚度，也增大了转换梁的抗扭承载能力。现行规范规定转换层结构框支层应采用现浇楼板，对楼板厚度、混凝土强度等级、配筋、钢筋接头等方面做了详细规定，并要求与转换层相邻楼层的楼板也应适当加强。

3.3转换梁的截面设计方法

目前国内普遍采用的转换梁截面设计方法主要有：

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