有梁式转换层的高层建筑结构设计探讨范文

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摘要：针对某高层建筑实际情况，对其转换层技术方案、结构整体设计与转换梁设计进行深入分析，以此为同类工程项目的设计提供参考借鉴。关键词：高层建筑；梁式转换层；建筑结构设计前言在高层建筑中，转换层结构有重要作用，是保证功能正常发挥和建筑正常使用的关键构件，同时也是建筑结构设计过程中的重点，应引起相关设计人员的高度重视，以保证设计的合理性。

1工程概况

某高层建筑总建筑面积约2.6万m2，地上22层，设1层地下室，其中，地上1层至地上4层主要用于商业，地上1层的层高为5m，地上2层至地上4层的层高为4m，结构形式为框筒结构。地上5层至地上20层主要用于居住，层高均为3m，结构形式为剪筒结构。地上21层至地上22层的层高均为3m，为屋面水箱与电梯机房。按照以上设计形式，需在地上4层和地上5层中间布置转换层，并作为建筑的设备层。现围绕本高层建筑实际情况，对其结构设计作如下深入分析。

2高层建筑结构转换层技术方案

在高层建筑中，转换层形式主要有以下几种：箱形转换层、梁式转换层、桁架式转换层与板式转换层，以上转换层均可产生较大的空间，对结构类型或者是轴线进行转换。上述几种转换层结构中，以梁式转换层的实际受力最为明确，无论是设计还是施工均较为简单，在目前得到了十分广泛的应用；另外，转换梁上实际受力相对较小的部分，可按照设计要求开洞，用于满足不同的功能要求，为综合管线布置创造便利。基于此，本高层建筑主要选用梁式转换层结构。该转换层的高度为2.5m，梁体的上端、下端和楼板直接相连，上、下层楼板的厚度分别为200mm和300mm[1]。剪力墙直接被转换梁承托。结构主要采用C40混凝土。其截面尺寸采用以下公式进行计算和确定：Vmax≤0.17fcbh0/γRE（1）式（1）中，Vmax表示转换梁支座截面最大剪力组合设计值；γRE表示抗震调整系数；fc表示轴心抗压强度；b表示转换梁的截面宽度；h0表示转换梁的有效高度。经计算，本高层建筑转换梁的截面宽度为900mm，有效高度为2500mm。

3高层建筑结构整体分析

对转换梁而言，它属于典型的杆件，能直接视作梁单元在高层建筑整体结构分析过程中使用，将梁体轴线确定在上层楼板，楼板的下方为转换层结构[2]。为有效避免由于竖向刚度变化较大产生薄弱层，在设计过程中应充分考虑刚度比，在没有特殊要求的情况下，刚度比应接近1：γ=Gi+1Ai+1hiGiAihi+1（2）式（2）中，Gi表示第i层结构的剪变模量；Gi+1表示第i+1层结构的剪变模量；Ai表示第i层抗剪截面在折算后的面积；Ai+1表示第i+1层抗剪截面在折算后的面积；Aw表示沿计算方向剪力墙结构截面积；Ac表示柱截面积；hi表示第i层层高；hi+1表示第i+1层层高。按照上述要求和规定，处在转换层结构以下的柱，其截面尺寸确定为1100mm×1100mm，剪力墙结构的厚度为500mm和450mm，采用C45混凝土；处在转换层结构以上的剪力墙，周围剪力墙结构厚度为350mm，内部剪力墙结构厚度为250mm，采用C45混凝土。采用式（2）对x、y两个方向上的刚度比进行计算，结果为1.73与1.51。从计算结果可以看出，结构的第一到第三自振周期分别为：在x方向上，第一到第三自振周期分别为1.537s、0.449s和0.224s；在y方向上，第一到第三自振周期分别为1.717s、0.515s和0.275s[3]。

4高层建筑转换梁设计

对于转换梁结构，其直接承托处在转换梁上部的剪力墙，受力相对较大，对保证结构稳定性与安全性有重要作用，为关键构件。由于转换梁的跨度在8.05~9.00m范围内，截面高2.5m，且跨高比在3.22~3.60范围内，所以为典型的连续短梁。因现行规范并未给出连续短梁的承载力计算与分析方式，所以应进行试验分析与研究[4]。

4.1结果与分析

将按1：5的比例缩小的转换梁作为试验梁，其截面尺寸与配筋如图1所示。从从试验梁的试验分析结果可以看出：（1）在正截面上产生的平均应变，能满足平截面基本假定。（2）对于斜裂缝，先在加载点到中支座的内剪跨区段的梁腹中部产生，为典型的腹剪式斜裂缝，经发展后，变成临界式斜裂缝。（3）顶部纵筋与底部纵筋在梁长方向上的应变如图2所示。从以上结果可以看出，斜裂缝产生以前，应变分布和弯矩图基本保持一致；而斜裂缝产生以后，和弯矩图有很大的差别，这说明梁中应力出现重分布；在到达临界破坏状态后，底部纵筋在梁长方向上将处在受拉的状态，同时对于顶部纵筋，其在内剪跨中，同样也处在受拉的实际状态[5]。（4）当试验梁发生破坏时，在内剪跨区段中，直接穿越整个临界斜裂缝区域的箍筋，将开始受拉屈服，使剪压区中的混凝土发生压疏；在外剪跨区段当中，箍筋实际应变只有屈服应变的一半左右，这一区域内的混凝土不会发生压疏。（5）当试验梁发生破坏时，直接穿越整个临界斜裂缝区域的腹筋，其拉应变只有屈服应变一半，由此可以看出，腹筋并未发挥其应有的强度与作用。（6）对试验梁而言，其相对挠度可以达到1/526，这在很大程度上说明转换梁具有一定抗弯刚度。

4.2承载力的计算

根据以上第一条试验结果，对于转换梁结构正截面上的受弯承载力，其计算可直接按照普通梁进行。根据以上第四条和第五条试验结果，对于转换梁结构斜截面上的受剪承载力，由箍筋与混凝土负责承担，腹筋对斜截面上的承载力有11%左右的贡献。基于此，在实际的设计过程中，对腹筋作用可不予考虑。

4.3构造要求

根据以上第三条试验结果，为有效保证纵筋充分发挥拉杆作用与效果，以此形成稳定的受力体系，处在底部的纵筋一般不允许在跨中产生截断与弯起，需要伸入到支座当中，同时有稳定可靠的锚固；而处在顶部的纵筋，跨中周围不能过早发生截断，在条件允许的情况下进行通长布置[6]。对于转换梁结构，且截面尺寸相对较大，在梁高方向上需配置腹筋，腹筋能提供受剪及受弯承载力，这样无论是减少收缩还是延缓开裂，都具有重要作用。截面尺寸主要根据剪压比进行控制，根据以上第二条试验结果，同时结合深梁及腹梁等的截面尺寸规范要求，转换梁的实际截面尺寸必须符合式（1）要求。

5结束语

通过以上分析可得，梁式转换层结构的受力十分明确，而且在设计与施工上也较为简单；本高层建筑所用转换梁结构为典型的连续短梁，无论是构造要求、受力性能还是承载力的设计计算，都和普通梁存在很大的不同，需要在设计过程中予以特别重视，保证设计的合理性与可行性。

参考文献

[1]姚建勇.有梁式转换层的高层建筑结构设计研究[J].低碳世界，2016（34）：168~169.

[2]肖礼斌.有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究[J].建材与装饰，2014（41）.

[3]候楠.有梁式转换层的高层建筑结构设计分析[J].居舍，2017（24）：20~22.

[4]李云.有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究[J].低碳世界，2016（24）：150~151.

[5]覃永叙.有梁式转换层的高层建筑结构设计[J].中华民居（下旬刊），2013（9）：36~37.

[6]刘志学.有梁式转换层的高层建筑结构设计[J].房地产导刊，2013（21）：21~23.

作者：谢兴华 单位：华蓝设计（集团）有限公司