浅析现代建筑结构设计中的梁式转换层结构设计

摘要：文章分析在高层建筑结构的设计中梁式转换层结构设计，并对转换层设计要点及设计中一些方案的选择、结构的布置、抗震等级的确定、转换构件的构造要求等问题进行了分析,以供同行探讨。

关键词：高层建筑结构；梁式转换层；设计

中图分类号： TU97文献标识码： A

1转换结层的主要结构形式和特点

在现在的高层建筑技术中，转换层的形式有很多种，而他们的结构形式的差别也较大，使其传力性能和抗震性能都存在着差异。梁式转换结构传力直接、明确，传力途径清楚，结构计算相对容易。受力性能好、工作可靠、构造简单、施工方便，但是当转换梁跨度较大时，要求转换梁截面也较大，其质量和抗侧刚度也相应较大，因而地震反应较大。板式转换结构一方面使得上部结构布置方便，另一方面使得传力不清楚，受力复杂，结构计算相对困难，并且厚板集中了很大的刚度和质量，地震反应强烈。桁架式转换结构具有传力明确，传力途径清楚的特点，转换桁架不仅使开洞与设置管道方便，而且他们的位置和大小具有很大的灵活性，使充分利用转换层的空间成为可能。桁架式转换结构抗侧力刚度和自重比转换梁小，使得带桁架式转换层高层建筑的质量和刚度突变相对缓和，地震反应比带转换梁的高层小很多。箱形转换结构是由单向托梁、双向托梁连同上下层较厚的楼板共同作用形成，其侧向刚度很大，较少用于房屋结构工程。

2梁式转换层结构的设计遵循原则

带转换层高层建筑结构是一种：受力复杂、不利于抗震的结构体系，在结构总体设计时，特别是在抗震设防地区，应遵循的如下原则：①传力直接，避免多次转换。布置转换层上下主体竖向结构时，要尽量使水平转换结构传力直接，通过结构的合理布置，使不落地的剪力墙通过转换托梁直接传给竖向承重构件，尽可能的避免转换次粱及水平多级转换，实现传力路径的最短化。②强化下部、弱化上部。要保证底部：赶空间有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，要有意识的强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构的刚度，使得转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近，以避免出现薄弱层。③ 计算全面准确。必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分，采用符合实际受力变形状态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算时，转换结构以上至少取2层结构进入局部计算模型，同时应计及转换层及所有楼层楼盖平面内刚度，计及实际结构三维空间盒子效应，采用比较符合实际边界条件的正确计算模型。

3梁式转换层结构的关键设计

(1)整体结构宜进行弹性时程分析补充计算和弹性时程分析校核，还应注意对整体结构进行重力荷载下准确施工模拟计算。在有抗震设防要求的底部大空间结构中，仍然要设计延性剪力墙结构。其主要措施有：控制剪力墙的塑性铰出现在框支层以上的上部墙体中，以避免框支层出现大变形；加强落地剪力墙的下部，防止剪切破坏，防止屈服；加强框支柱设计，使其具有足够的安全贮备及延性。转换梁的截面尺寸一般由其剪压比计算确定，且须有合适的含箍率，以避免脆性破坏。转换梁的适宜剪压比限值见表1（）

混凝土强度等级 抗震等级 非抗震设计

一级 二级 三级

C30 0.10 0.13 O.15 0.15

C40 0.09 0.11 O.13 0.13

C50 0.08 0.10 O.11 0.12

转换梁的剪压比：

式中：――转换梁支座截面处最大组合剪力设计；

――换梁混凝土抗压强度设计值；

b――转换梁截面宽度；

――转换梁截面有效高度。

转换梁一般不宜开洞，若需要开洞，洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施，箍筋要加密，以增强其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数1.2。当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。

(2)转换梁的混凝土强度等级不应低于C30；转换梁上、下主筋的最小配筋率非抗震设计时为0.3％；抗震设计时，特一、一和二级抗震等级分别为0.6％、0.5％和 0.4％。转换梁中主筋(纵向钢筋)不宜有接头；有接头时，宜采用机械连接，且同一截面内钢筋接头面积不应超过全部主筋截面面积的50％，接头位置尚应避开上部剪力墙开洞部位、梁上托柱部位及受力较大部位。转换梁上部主筋至少应有50％沿梁全长贯通，下部主筋应全部贯通伸入柱内。

(3)转换梁箍筋要求为：框支梁支座处（离柱边1.5梁截面高度范围内）箍筋应加密，加密区箍筋直径不应小于10mm，间距不应大于100mm。加密区箍筋最小面积含箍率，非抗震设计时不应小于0.9ft/fyv；抗震设计时，特一、一和二级分别不应小于1.3ft/fyv、1.2ft/fyv和1.1ft/fyv。当框支梁上部的墙体开有门洞或梁上托柱时，该部位框支梁的箍筋应加密配置，加密区范围可取梁上托柱边或墙边两侧各1.5倍转换梁高度。

(4)框支柱的截面一般由其轴压比计算确定，由于结构的竖向构件在转换层处部分终断，必须保证下部结构的抗剪能力，限值框支柱的轴压比。抗震设计时，框支柱的内力须按规范进行调整。

抗震等级

一级 二级

轴轴压比限值 0.60 0.70

(5)有地震组合时，一级、二级框支柱承受的地震作用产生的轴力设计计算值应分别乘以1.5，1.2的调整放大系数；框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用：框支柱的数目不多于l0时，当框支层为1～2层时，每层每根承受的剪力应至少取基底剪力的2％；当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3％；框支柱的数目多于10根时，当框支层为1～2层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20％；当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的3O％；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁（不包括转换梁）的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。

(6)框支柱全部纵向钢筋配筋率，抗震等级一级时不小于1.1％，二级时不小于0.9％及非抗震设计时不小0.7％。纵向钢筋间距抗震设计时不大于200mm，且不小于80mm，全部纵向钢筋配筋率不宜大于4％；框支柱箍筋应沿框支层全高加密，加密区体积配箍率不应小于1.5％，框支柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍，箍筋直径不应小于10mm，间距不应大于100mm和6倍纵向钢筋直径的较小值。非抗震设计时，框支柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍，箍筋体积配箍率不宜小于0.8％，箍筋直径不宜小于10mm，箍筋间距不宜大于150mm。

抗震设计时，转换梁、柱的节点核心区应进行抗震验算，节点应符合构造措施的要求。框支柱节点区水平箍筋原则上可同柱箍筋配置，当框支梁、转换梁腰筋配置及拉通可靠锚固时，可按构造要求设置水平箍筋、拉筋。框支柱纵筋在框支层内不宜设接头，若需设置，接头率不超过5％且接头位置离开节点区不小于500mm，接头采用可靠的机械或焊接连接。

结束语

现代高层建筑的转换层结构中，因此应用功能的多样化而使得建筑物结构传力体系复杂化，论文着重研究了钢筋混凝土高层建筑框支――剪力墙结构中梁式转换层的设计方法及抗震性能，并提供切实可行的实践经验，对实际工程的设计具有一定的参考价值。