浅谈高层建筑梁式转换层结构设计

文/潘小正 广西建工集团第五建筑工程有限责任公司设计研究院 广西南宁 530000

转换层指的是建筑物的上层与下层之间由于使用功能以及类型不同，而导致的空间分布情况存在差异，为了保证建筑物结构的稳定性而进行的一种结构转化的工作。通常情况下，居民对高层建筑当中的一、二楼选购欲望不高，因此，大多数的高层建筑都会把底层的空间用来进行商铺建设工作，例如一些饭店、超市等等，这种方式可以有效的节约建筑占地面积，同时保证建筑物的经济效益。但是，由于商用空间和举架的要求与民用不同，因此就要在其中设置一定的转换层来进行结构的转换。高层建筑当中常见的转换形式有梁式转换层、板式转换层。

1、梁式转换层的相关概述分析

梁式转换层是在高层建筑当中经常使用的一种转换层结构，它的这种转换方式主要是利用建筑物的框架结构当中的房梁与承重支柱来为转换层结构提供稳定性。由于这种转换层施工过程比较简单，且耗费的人力物力相对较少。同时，又能使建筑物线条清晰，达到美观的效果。因此这种转换层结构设计在建筑施工中应用比较广泛，常见的梁式转换图见图1。

2、高层建筑有梁式转换层的设计要求

2.1 提高有梁式转换层的刚度

有梁式转换层设计中, 应对其刚度进行合理设置, 以确保有梁式转换层的稳定性。目前来看, 一些有梁式转换层采取整跨布置的形式, 导致上部剪力墙结构体、有梁式转换层共同构成了倒“T”型转换构件, 从而共同受力, 但这容易导致有梁式转换层整体受拉。面对这样的问题, 《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3-2015) 中指出, 有梁式转换层的高度应大于其跨度12.5%, 并明确规定了有梁式转换层的腰部钢筋配筋以及纵向钢筋、箍筋要求, 以保证转换构件的刚度足够, 提高转换层的承载能力, 确保有梁式转换层的稳定性。

2.2 缩短有梁式转换层的传力路径

对有梁式转换层的上部、下部主体竖向结构进行设计的时候, 应合理布置结构, 尽可能地确保水平转换结构达到传力直接的要求, 通过转换托梁, 将不落地剪力墙直接传给竖向承重构件,避免转换次粱转换或者是水平多级转换, 缩短传力路径。

2.3 对竖直构件的数量进行严格控制

有梁式转换层设计中, 为预防有梁式转换层发生刚度突变的问题, 应对竖向落地构件的使用数量进行严格控制, 减轻转换构件负荷, 降低有梁式转换层上部、下部的刚度变化, 避免地震时有梁式转换层遭受损坏,提高建筑物的抗震性能。

2.4 尽量弱化上部结构、强化下部结构

为保证建筑物的刚度、延性、强度以及抗震能力, 便要在有梁式转换层设计中有意识、有针对性地对下部主体结构进行强化、对上部主体结构进行弱化, 从而使有梁式转换层的上部、下部主体结构的变形特征、刚度尽可能地保持一致性,以预防薄弱层问题的出现。

3、高层建筑有梁式转换层设计的关键点

3.1 转换层上部框架的设计

应采取强柱弱梁原则, 对转化层上部框架进行设计, 保证在梁端出现塑性铰, 从而提高柱的安全储备。有梁式转换层试验研究证实, 由于与转换梁相连的柱, 常常是薄弱点, 转换梁上层框架的梁柱受力条件具有一定的复杂性, 应力相对比较集中, 因此设计时应充分考虑其实际受力情况, 开展施工模拟计算。此外, 还要对柱纵向钢筋的配筋率进行科学设计, 抗震等级1级的状况下, 其配筋率应当≥1%;抗震等级2级的状况下,其配筋率应当≥0.8%;抗震等级3级的状况下,其配筋率应当≥0.7%;抗震等级4级或者是非抗震设计的状况下, 其配筋率应当≥0.6%, 同时钢筋间距应在80～200mm。

3.2 转换粱截面设计

高层建筑有梁式转换层的转换梁, 主要包括托柱形式、托墙形式两种形式。首先, 转换梁为托柱形式时进行截面设计, 若是转换梁是对上部普通框架进行承托, 则在常用截面尺寸范围之内,转换梁的受力情况与普通梁的受力一致, 可以按照普通梁截面进行计算;若是转换梁是对上部斜杆框架进行承托, 则转换梁便会受到轴向拉力的影响, 所以其截面应根据偏心受拉构件来进行设计。其次, 转换梁为托墙形式时进行截面设计,若是转换梁是对上部墙体进行承托, 且满跨不开洞, 则上部墙体与转换梁是共同工作的关系, 其破坏形态、受力特征表现为深梁, 可以采取应力截面设计、深梁截面设计的方法来进行截面设计。

3.3 转换粱构造设计

转换粱设计中, 可以通过计算剪压比来确定截面尺寸, 以确保含箍率合适、避免转换粱发生脆性破坏。应尽量不开洞, 如果是不可避免的开洞, 应在梁中、轴的位置设置洞口, 同时洞口上弦杆、下弦杆也要采取有效的措施, 如加密箍筋等, 提高其抗剪能力。应选择C30以上的混凝土, 非抗震设计时, 上、下主筋的配筋率应当≥0.3%。转换粱有接头的情况下, 可以采取机械连接的方式, 但需要注意不可在梁上托柱位置、上部剪力墙开洞位置或者是受力较大的位置进行接头, 同时在同一截面之中, 钢筋接头面积应控制在主筋截面总面积的50%以内。

结语：

综上所述，对于高层建筑，通过梁式转换层结构的合理设计能够增强整个高层建筑的耐久性和可靠性，安全性和稳定是保证建筑居住舒适性的前提。梁式转换层结构对于高层建筑而言非常重要，所以，当前的高层建筑设计过程中一定要应用这项技术，将转换层的受力点进行更替，将各种构造的方式进行更新，进而促进我国高层建筑的发展。