【摘 要】本文對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的主要結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并對梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】梁式轉(zhuǎn)換層 受力特點(diǎn) 截面設(shè)計(jì)

一、引言

目前，隨著高層建筑的迅速發(fā)展，建筑功能的要求也日益復(fù)雜化，建筑結(jié)構(gòu)常常需要采用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層來完成上、下層建筑物結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。與一般結(jié)構(gòu)層相比，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)重量大、結(jié)構(gòu)層剛度大、幾何尺寸超大、受力復(fù)雜等特點(diǎn)。這意味著轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)組成了建筑物的主要構(gòu)件，它們的設(shè)計(jì)是否合理、安全、經(jīng)濟(jì)對整個結(jié)構(gòu)的安全性、結(jié)構(gòu)造價、施工費(fèi)用等有著重要的影響。

二、梁式轉(zhuǎn)換層的主要結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)

1. 梁式轉(zhuǎn)換層的主要結(jié)構(gòu)形式

實(shí)際工程應(yīng)用中轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)形式有多種多樣，從跨數(shù)上，可分為單跨、雙跨及多跨；從上部墻體形式上，可分為滿跨和不滿跨、開洞和不開洞及開門洞和開窗洞；從轉(zhuǎn)換梁功能上，可分為托墻和托柱；從轉(zhuǎn)換梁形式上，可分為加腋和不加腋；從轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)采用材料上，又可分為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼骨混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等。

2. 梁式轉(zhuǎn)換層的受力特點(diǎn)

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)傳力途徑采用墻（柱）-轉(zhuǎn)換梁-柱（墻）的形式，具有傳力直接、明確和傳力途徑清楚的優(yōu)點(diǎn)，便于工程計(jì)算、分析和設(shè)計(jì)，且造價較節(jié)省。轉(zhuǎn)換梁具有受力性能好、工作可靠、構(gòu)造簡單和施工方便的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)計(jì)算也相對容易。研究表明，作為梁式轉(zhuǎn)換層的主要受力構(gòu)件—轉(zhuǎn)換大梁，其受力形式與受力大小受上部結(jié)構(gòu)形式、轉(zhuǎn)換梁上下層相對剛度、轉(zhuǎn)換梁的位置等因素的影響。在這些因素影響下，帶有轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)在水平荷載下將表現(xiàn)出不同的受力性能。分析表明，無論轉(zhuǎn)換梁上部墻體的形式如何，只要墻體存在一定長度，轉(zhuǎn)換梁中的彎矩就會較不考慮上部墻體作用的要小，相應(yīng)墻體下的轉(zhuǎn)換梁就有一段范圍內(nèi)出現(xiàn)受拉區(qū)。轉(zhuǎn)換梁的最終受力狀態(tài)由墻、轉(zhuǎn)換梁作為一個整體共同彎曲變形和拱的傳力作用綜合影響。

墻、轉(zhuǎn)換梁作為一個整體共同彎曲變形，轉(zhuǎn)換梁處于這整體彎曲的受拉翼緣，若單獨(dú)分析轉(zhuǎn)換梁，其所受的彎矩由于剪力墻的共同工作而大大降低，同時，由于處于受拉翼緣，應(yīng)力積分后轉(zhuǎn)換梁中就會出現(xiàn)軸向拉力。由于豎向傳力拱作用的存在，使上部墻體上的豎向荷載傳到轉(zhuǎn)換梁時，很大一部分荷載以斜向荷載的形式作用于梁上，若將這斜向荷載分解為垂直和水平等效荷載形式，則垂直荷載作用下的彎矩肯定要比不考慮墻體作用時要小，在水平荷載作用下，就形成了轉(zhuǎn)換梁跨中一定區(qū)域受軸向拉力，而支座區(qū)域受軸向壓力的現(xiàn)象。

三、梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

由于梁式轉(zhuǎn)換層的造價低，所以梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中應(yīng)用較廣。轉(zhuǎn)換梁主要承受豎向荷載，受力特征主要表現(xiàn)為在豎向荷載作用下的受力規(guī)律為研究上部墻體對轉(zhuǎn)換梁受力特征的影響，采用有限元分析程序?qū)Σ煌Y(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)換梁的受力特征進(jìn)行分析。根據(jù)一些工程實(shí)例的計(jì)算結(jié)果分析可見，計(jì)算模型的選取與轉(zhuǎn)換梁的跨度有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁的跨度較大時，上部墻體的層數(shù)考慮取多些當(dāng)轉(zhuǎn)換梁的跨度較小時，上部墻體的層數(shù)可適當(dāng)取少些。實(shí)際工程中轉(zhuǎn)換梁的常用跨度為6-12m而高層建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層常用層高為2.8～3.2m。在此跨度和層高范圍內(nèi)，對上部托墻形式的梁式轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力有限元分析取其上部墻體3～4層，視這部分墻體連同轉(zhuǎn)換梁組成的倒T型深梁與下部一層結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析，計(jì)算精度滿足設(shè)計(jì)要求。

（一）轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)

1.托柱形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)

當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部普通框架時，在轉(zhuǎn)換梁常用截面尺寸范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配筋計(jì)算；當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部斜桿框架時，轉(zhuǎn)換梁將承受軸向拉力，此時應(yīng)按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。

2.托墻形式轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)

當(dāng)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(jì)方法宜采用深梁截面設(shè)計(jì)方法或應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法，且計(jì)算的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當(dāng)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?cái)嗪蛷澠?，?yīng)全部伸人支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體滿跨且開較多門窗洞或不滿跨但剪力墻的長度較大時，轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法也宜采用深梁截面設(shè)計(jì)方法或應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法，縱向鋼筋的布置則沿梁下部適當(dāng)分布配置，且底部縱向鋼筋不宜截?cái)嗪蛷澠?，?yīng)全部伸入支座。當(dāng)轉(zhuǎn)換梁承托上部墻體為小墻肢時，轉(zhuǎn)換梁基本上可按普通梁的截面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配筋計(jì)算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉(zhuǎn)換梁的底部。轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)形式有很多種，目前高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的實(shí)際工程應(yīng)用也很多。一般而言，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的分析必須按施工模擬，使用各階段及施工實(shí)際支撐情況分別進(jìn)行計(jì)算，以反映結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的真實(shí)情況。施工過程中的力學(xué)問題應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員和施工人員的高度重視。

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

轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)不僅豎向剛度易在轉(zhuǎn)換層附近發(fā)生突變，還應(yīng)關(guān)注的是豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，使結(jié)構(gòu)的傳力（包括豎向及水平力）途徑在轉(zhuǎn)換層及其附近發(fā)生突變，在強(qiáng)震作用下，易產(chǎn)生薄弱部位。因此在抗震設(shè)計(jì)中，除了控制轉(zhuǎn)換層上下剛度比外，還應(yīng)采用措施，加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層及附近層結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括轉(zhuǎn)換柱、轉(zhuǎn)換梁、落地墻、轉(zhuǎn)換層上下各兩層樓板等構(gòu)件，以保證水平剪力的有效傳遞和結(jié)構(gòu)底層在強(qiáng)震下有足夠的延性。

（三）轉(zhuǎn)換大梁的設(shè)計(jì)

梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)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(qiáng)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。

（四）框支梁的設(shè)計(jì)

框支梁截面尺寸一般由剪壓比控制，寬度要大于其上墻厚的2倍，且大于400mm；高度大于計(jì)算跨度的1/6。工程框支梁寬統(tǒng)一定為800mm?？蛑Я菏芰薮笄沂芰η闆r復(fù)雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，也是保證框支剪力墻抗震性能的關(guān)鍵部位，是一個復(fù)雜而重要的受力構(gòu)件，因而在設(shè)計(jì)時應(yīng)留有較多的安全儲備，二級抗震等級的框支梁縱筋配筋率大于0.4%?？蛑Я涸跐M足計(jì)算要求下，配筋率大于0.8%?？蛑Я阂话銥槠氖芾瓨?gòu)件，梁中有軸力存在，因而應(yīng)配置足夠數(shù)量的腰筋。

（五）轉(zhuǎn)換層的抗震設(shè)計(jì)

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)中，由于設(shè)置了轉(zhuǎn)換層沿建筑物高度方向剛度的均勻性受到很大的破壞，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)豎向承載力構(gòu)件不連續(xù)和墻、柱截面的突變，導(dǎo)致傳力路線曲折、變形集中和應(yīng)力集中，因此轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震性能較差。為保證設(shè)計(jì)的安全性，規(guī)定部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)置在3層以上時，其框支柱、剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級宜按高規(guī)定提高一級采用，己經(jīng)為特一級時不再提高，提高其抗震構(gòu)造措施，而對于底部帶轉(zhuǎn)換層的框架，核心簡結(jié)構(gòu)和外圍為密柱框架的簡中簡結(jié)構(gòu)的抗震等級不必提高。

（六）樓板

由于結(jié)構(gòu)上部的水平剪力要通過轉(zhuǎn)換層傳到下部結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層樓面在其平面內(nèi)受力很大，樓板變形顯著，因此要適當(dāng)加厚轉(zhuǎn)換層樓面，建議采用厚度不小于180mm的現(xiàn)澆板，這樣有利于轉(zhuǎn)換層在其平面內(nèi)進(jìn)行剪力重分配，并加強(qiáng)轉(zhuǎn)換大梁的側(cè)向剛度和抗扭能力，也可使實(shí)際情況更符合結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中樓層剛度無限大的基本假定。而且混凝土強(qiáng)度>C30，并采用雙向雙排鋼筋網(wǎng)，每排鋼筋的配筋率≥0.25%，必要時。轉(zhuǎn)換層樓板不宜有大的開洞，當(dāng)開洞時應(yīng)在洞口四周設(shè)置次梁暗梁，樓板開洞位置盡可能遠(yuǎn)離外側(cè)邊，與轉(zhuǎn)換層相近的樓板也應(yīng)加強(qiáng)。若必須在大空間部分設(shè)置樓、電梯間時，應(yīng)用鋼筋混凝土墻圍成簡體。

四、結(jié)論

轉(zhuǎn)換層作為高層建筑中的重要結(jié)構(gòu)部分，在設(shè)計(jì)時應(yīng)了解主要結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)，根據(jù)工程的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。