高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

崔鳳君

摘 要：目前在各大的城市中都存在很多高層建筑，而且不僅僅是數(shù)量的增多，建筑結(jié)構(gòu)的類型也增多，而在高層建筑中，使用最廣泛的一個結(jié)構(gòu)就是梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。因此這個結(jié)構(gòu)的受力性非常強，而且結(jié)構(gòu)相對簡單，使用這種結(jié)構(gòu)施工也很方便，梁式結(jié)構(gòu)的設(shè)計既經(jīng)濟又實惠，使用這種結(jié)構(gòu)能達到節(jié)約資金的目的。本篇文章主要是探討了裝換層，并且分析了梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計原則。文章的所有內(nèi)容僅供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；梁式轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計梁式轉(zhuǎn)換層是建筑設(shè)計師一個比較常見的工作，尤其是在高層建筑中，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平，與建筑的安全有直接的影響，設(shè)計的水平與建筑的壽命是正比的關(guān)系，如果設(shè)計水平低，那么建筑的壽命就短，如果設(shè)計水平高，建筑的壽命就長。近些年來，城市建設(shè)高層建筑已經(jīng)成為趨勢，而且高層建筑的發(fā)展，城市形象也越來越現(xiàn)代化。在提高設(shè)計水平上，梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計有一定的作用。

1 轉(zhuǎn)換層概述

1.1 轉(zhuǎn)換層的概念

建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結(jié)構(gòu)（設(shè)備）類型，并通過該樓層進行結(jié)構(gòu)（設(shè)備）轉(zhuǎn)換，則該樓層稱為結(jié)構(gòu)（設(shè)備）轉(zhuǎn)換層。目前的高層建筑多為低層商用，上部住宿的多功能要求，在低層商用要求的大空間與上部住宿要求的多墻多柱的小空間之間，往往需要采用一定的結(jié)構(gòu)形式進行轉(zhuǎn)換處理，即加設(shè)轉(zhuǎn)換層。

1.2 轉(zhuǎn)換層分類

高層建筑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)一般可分為4種基本結(jié)構(gòu)形式，即：梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)（包括托梁和雙向梁格）、桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)（包括空腹桁架）、箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

2 梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計的原則

2.1 在設(shè)計梁式轉(zhuǎn)換層的時候，要控制結(jié)構(gòu)中的豎向構(gòu)件，其中需要結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的構(gòu)件，使用的數(shù)量要減少，同時直接落地的構(gòu)件數(shù)量要增加，這樣做主要是以免轉(zhuǎn)換層剛度發(fā)生突變，而且是將發(fā)生突變的概率降低，不僅如此，這樣還可以將建筑結(jié)構(gòu)的抗震性提高，保證其抗震效果。

2.2 在對在梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計時，要注意轉(zhuǎn)換層的剛度，保證其剛度在合理的范圍內(nèi)，建筑中的梁與梁的跨度有關(guān)，而且是有一定的比例，梁的高度一定要大于跨度，而且要超過跨度的六分之一，這樣設(shè)計是為了能夠保證轉(zhuǎn)換層內(nèi)力在分配的時候，有一定的合理性，而且布置建筑構(gòu)件的時候也能合理。轉(zhuǎn)換梁與建筑剪力墻柱的承受能力要強，這樣轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)才能保持穩(wěn)定。

2.3 在設(shè)計轉(zhuǎn)換層的時候，也要設(shè)計層的樓板，而且這一環(huán)節(jié)的設(shè)計非常重要，一些施工單位在設(shè)計的時候，會采用假設(shè)方法，假定轉(zhuǎn)換層樓板的剛度一直在增大，如果剛度在加大，那么建筑剪力墻以及建筑框支柱的位移程度也要與樓板的剛度想?yún)f(xié)調(diào)，根據(jù)樓板剛度，重新分配位移。一般樓板上層的剪力的移動方向與底部的移動一致，因為樓板一直處在受力狀態(tài)，不僅僅是承受樓板的剪力，也承受著一定的荷載力。而承受兩種力的樓板就會受力變形。建筑的結(jié)構(gòu)又與樓板的強度以及剛度有關(guān)，因此在選擇樓板的時候，要檢測樓板的具體承受能力。

2.4 在布置轉(zhuǎn)換層的剪力墻時，要注意其位置要與建筑中的梁柱相對稱，而且梁上立柱要設(shè)置在梁的跨中，這樣設(shè)計主要是為了在梁發(fā)生變形后，也能保證梁上立柱沒有較大變動。如果梁柱腳有轉(zhuǎn)角，那么梁就會有變形，而梁上立柱在彎曲的時候，就會有剪切力，這樣立柱的內(nèi)部就有了荷載力，為了保證建筑安全，以免發(fā)生變形，讓剪力墻與梁上立柱呈對稱方式。

2.5 設(shè)計人員在設(shè)計轉(zhuǎn)換層的時候，還有對轉(zhuǎn)換層的變形情況計算，而且分析其狀態(tài)。如果條件允許，可以使用三維空間的方式，也可以使用有限元計算，從而補充建筑結(jié)構(gòu)。建筑中的轉(zhuǎn)換層不同，那么使用的模型就有差別，因此在使用中，要根據(jù)實際，將模型設(shè)計的符合規(guī)定。

3 高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

3.1 轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法

在計算轉(zhuǎn)換梁截面面積的時候，采用的計算方式比較特殊，在充分考慮梁的受力能力之后，采用了正確的方式。一般建筑中轉(zhuǎn)梁的截面的形式有托柱形式以及托墻形式兩種，在設(shè)計拖住形式的梁截面時，主要考慮的是，截面的尺寸，這種形式的梁受力形式和能力與建筑中其他部位的梁相同。而設(shè)計的方法主要是看梁處的配筋。當承托轉(zhuǎn)換梁主要是斜桿框架時，梁主要是受軸向拉力的影響，這時設(shè)計人員需要考慮的就是偏心受拉構(gòu)件，這樣也可以對截面進行優(yōu)化。而托墻形式需要考慮的就是梁與墻體的作用，有些建筑還有深梁，因此設(shè)計的方法主要是深梁截面設(shè)計。除了使用這種設(shè)計外，還可以使用應(yīng)力截面設(shè)計。通過公式，我們可以計算出鋼筋使用多的數(shù)量，然后對梁上的鋼筋合理配置。

3.2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計

如果是豎向的構(gòu)件，在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)突變，因此在設(shè)計構(gòu)件的時候，要多加注意，同時還要考慮，豎向構(gòu)件連不連續(xù)的問題，如果構(gòu)件不連續(xù)，那么在轉(zhuǎn)換層以及的附近的地區(qū)，就容易出現(xiàn)突變。如果遇到的強震，轉(zhuǎn)換層就有了薄弱的位置，因此要將轉(zhuǎn)換層的剛度提高，同時加強構(gòu)件剛度。這樣可以保證出現(xiàn)了強震結(jié)構(gòu)依舊穩(wěn)定。

3.3 轉(zhuǎn)換層分析計算

整體計算完畢后對轉(zhuǎn)換層本身應(yīng)采用平面有限元計算軟件做局部應(yīng)力的補充計算。進行局部分析時，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上下樓層是否進入局部計算模型，以及樓層樓蓋平面內(nèi)剛度影響，采用符合實際情況的正確計算模型?？蛑Ъ袅Φ挠嬎爿^為復(fù)雜，上部剪力墻需與下面多根柱相連接，如果連接不當會產(chǎn)生很大的計算誤差。計算時宜在上部剪力墻肢與下部轉(zhuǎn)換柱之間均設(shè)轉(zhuǎn)換梁，墻肢與轉(zhuǎn)換梁相連接。

3.4 轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計

梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計構(gòu)造要求：①轉(zhuǎn)換層樓板要將上層結(jié)構(gòu)的水平剪力傳遞到下層抗剪結(jié)構(gòu)上去，本身承受很大的平面內(nèi)剪力，同時又承受部分豎向荷載。因此要求樓板要有足夠的強度和剛度。②轉(zhuǎn)換層大梁是承托上部剪力墻或柱傳下來豎向荷載的重要構(gòu)件.本身受力很大，它是整個結(jié)構(gòu)抗震安全的關(guān)鍵部位。因此，轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計在整個轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計中至關(guān)重要。

3.5 托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計

當轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉(zhuǎn)換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)為深梁，此時轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計方法宜采用深梁截面設(shè)計方法或應(yīng)力截面設(shè)計方法，且計算出的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當分布配置。由于此時轉(zhuǎn)換梁跨中較大范圍內(nèi)的內(nèi)力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應(yīng)全部伸入支座。

結(jié)束語

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項專業(yè)性比較強的工作，在設(shè)計的過程中，設(shè)計人員必須具有清晰的思路，還要明確相關(guān)設(shè)計概念，對不同轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進行計算與分析，還要確定平面與空間有限元程序，減少建筑工程的工作量，提高施工人員的工作效率。在優(yōu)化梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計方案時，要結(jié)合梁的承載能力，還要了解梁的受力性能，轉(zhuǎn)換梁與普通梁在設(shè)計時有著較大的差異，設(shè)計人員一定要保證轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這樣才能保證高層建筑使用的安全性?！?/p>

參考文獻

[1]甄慶華.廣州某超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵性問題研究[D].廣州：華南理工大學，2012.

[2]王豪.帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震研究[D].重慶：重慶交通大學，2012.

[3]王杰.梁式轉(zhuǎn)換層和桁架轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計方案對比分析[D].成都：西南交通大學，2011.