基于建筑梁式转换层结构设计探析

【摘 要】目前，随着建筑业的不断发展，高层建筑数量日益增多，而在高层建筑结构设计中，梁式转换相对箱型、厚板更为简单、经济，因此到了广泛的使用。文章简要地介绍了梁式转换层结构形式及受力特征，并就建筑梁式转换层结构设计原则进行了总结，最后结合工程案例针对建筑梁式转换层结构设计要点进行了研究，仅供参考。

【关键词】梁式转换层；结构选型；结构计算；构造措施

近年来，在高层建筑设计中，为满足建筑使用功能需要，底部数层常设置为大空间，而上部标准层多为小开间，致使上层的部分竖向承重结构不能直接落地，需要设置结构转换。常用的转换形式为梁式。梁式转换层由于具有结构可靠性强、传力途径长、构造简单和施工方便等方面的优点，因此在高层建筑结构设计中得到了广泛的应用。

1 梁式转换层结构形式及受力特征

梁式转换层结构在实际工程中的应用有多种形式，主要原理就是利用下部的转换大梁来支托上部结构。在《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）中，规范对转换梁的最小高度和宽度作如下规定：框支梁截面的宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，不宜小于其上墙体截面厚度的2倍，且不易小于400mm；当梁上托柱时，尚不应小于梁宽方向的柱截面宽度。进行抗震设计时，转换梁高不小于其跨度的1/6；非抗震设计时，转换梁高不小于跨度的1/8。从该设计规程中可知，采取这些限制主要是保证转换梁结构的整体刚度，增强结构的可靠性。

梁式转换层结构的传力途径为墙―梁―柱（墙）的形式，传力直接，便于分析计算。转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影响。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小，同时转换大梁也会有一段范围出现受拉区。

2 建筑梁式转换层结构设计

某商业住宅楼，一共28层，地下1层，总用地面积约为4600平方米，建筑面积约8万。以上3层为商场，3～28层为住宅，地下室均为汽车库和设备用房。3层以上采用剪力墙结构；3层以下采用框架-剪力墙结构。

2.1 结构选型

在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件不能直接连续贯通落地时，应设置转换层，形成带转换层高层建筑。结构转换方式较多，以下对箱型、厚板、转换梁三种转换作比较：1）厚板转换优点是结构整体性较好，但是的刚度突变较大，质量集中，给抗震带来不利；2）箱形转换也是结构整体性好，不管上部结构布置多么复杂，仍能保证上、下竖向构件的有效传力。但是从结构设计角度考虑，内力分析较为复杂，转换层设计的难度相对较大， 同厚板相同混凝土及钢材用量较大，不够经济；3）梁式转换层，优点主要是转换构件受力明确，设计和施工相对较为简单， 另外相对于前两种转换形式更为经济。内部空间自由畅通，能比较容易满足其它水，电，暖工种的管线布置要求，在转换梁结构受力较小的部位可以开洞口，可满足建筑功能的要求。

综上所述，梁式转换相对箱型、厚板更为简单、经济，因此本工程选择了梁式转换的结构转换方式。

2.2 转换层设计

（1）转换、梁柱、墙、板的截面规定：转换梁：转换层梁的截面高度不宜小于计算跨的1/8。框支梁：截面宽度不宜大于框支柱相应的方向的截面宽度。框支柱：框支柱截面由轴压比确定，截面宽度不应小于450mm； 截面高度不宜小于转换梁跨度的1/12。墙：底部墙厚加强部位不小于200，落地剪力墙和筒体底部墙体应加厚。板：转换层板厚180mm。

（2）调整转换层及其上下楼层层刚度基本均匀：由于换层结构竖向抗侧力构件的中断，而导致转换层以下的结构抗侧刚度与楼层屈服强度的骤然减小，引起变形集中和能量集聚而极易发生严重破坏。因此我们用增大转换层及其下部结构刚度，来达到转换层及其上下楼层层刚度基本均匀。即设置一定比例的落地剪力墙，并加大落地剪力墙的厚度或提高转换层混凝土强度等级，必要时可增设部分剪力墙。来达到我们调整转换层上下层度基本均匀的目的。

（3） 调整转换层上下楼层层刚度的设计措施：1）转换层下的剪力墙加厚，并封闭一些洞口，落地剪力墙和中筒墙加厚至400mm，在转换层之上减薄；2）对转换梁的截面也作了适当的加大；3）降低转换层之上混凝土强度等级；4）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。

（4） 截面的选择：本工程转换层的层高为6.60m，转换梁的最大跨度为7.8m。1）框支梁800mm1800mm，1200mm×1800mm，500mm×1400mm。满足不小于梁计算跨度1/8 的要求。2） 框支柱1000mm×1300mm，1000mm×1100mm，1000mm×1400mm。满足了不应小于450；不小于转换梁跨度的1/12。3）落地剪力墙400mm

（5） 转换层结构布置：由于上部为住宅空间分隔比较多，一次转换尚不能满足建筑功能需要，因此设置了二次转换，即设置转换主梁和次梁。

2.3 结构计算与分析

带转换层的高层结构是复杂的空间受力体系，必须将转换结构作为整体结构中的一个重要组成部分，应选择能反映结构中各构件的实际受力状况的力学模型，选取合适的三维空间分析软件进行整体结构计算分析。本工程选用以墙元模型模拟剪力墙的SATWE 空间有限元软件进行计算。

2.3.1 转换层的计算

1） 梁式转换层结构属于竖向不规则建筑，应特别重视转换层以及底部加强部位的加强，来体现“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强底层柱底”、“强底层墙底”等的一系列内力设计值调整系数均应按规范予以考虑；2）抗震计算中，振型数为24个。

2.3.2 抗震等级的确定

本工程6度设防， 框支框架抗震等级为二级，剪力墙底部加强部位为二级。由于转换层在3 层，属于高位转换，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级应提高一级，因此框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级应定为一级；而非底部加强部位的剪力墙抗震等级定为三级。

2.3.3 参数

抗震设防烈度为6 度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第二组，特征周期为0.40S，根据所提供的《工程场地地震安全性评价报告》：多遇地震时水平地震影响系数最大值为0.058，结构阻尼比为0.05。建筑场地类别为Ⅱ类。

2.3.4 计算结果分析

（1）在计算过程中，部分框支梁的抗剪没有满足规范的要求，我们取其内力，人工复核，通过加腋的方式来满足抗剪要求。

（2）换层结构上下层刚度比达到比较理想的效果

转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度比：X方向1.06；Y方向1.03，大于规范规定的0.8。

转换层与其相邻上层的侧向刚度比：X 方向0.84；Y 方向0.68，大于规范规定的0.6。

（3）通过以上数据分析，本工程计算结果满足规范的要求。

3 结束语

综上所述，本文着重研究了梁式转换层的设计方法，从转换梁尺寸选择、转换梁设计与构造要求、框支柱的设计和构造要求等方面阐述梁式转换层结构的设计、计算与构造要求，旨在为了提供切实可行的实践经验和参考价值。

【参考文献】

[1]JGJ3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]GB 50011-2010.建筑抗震设计规范[S].