【摘要】高層建筑中，梁式轉(zhuǎn)換層運(yùn)用的比較多，它可以大大減小截面尺寸，并且有優(yōu)良的抗震性能。文章對某高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，具有一定的借鑒意義。

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

一、前言

文章對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層進(jìn)行介紹，對高層建筑梁氏轉(zhuǎn)換層的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則進(jìn)行闡述，通過分析，并結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論知識，對高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，具有一定的借鑒意義。

二、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層概述

按結(jié)構(gòu)功能，轉(zhuǎn)換層可分為三類：

1.上層和下層結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換。多用于剪力墻結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，它將上部剪力墻轉(zhuǎn)換為下部的框架，以創(chuàng)造一個(gè)較大的內(nèi)部自由空間。

2.上、下層的柱網(wǎng)、軸線改變。轉(zhuǎn)換層上、下的結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有改變，但是通過轉(zhuǎn)換層使下層柱的柱距擴(kuò)大，形成大柱網(wǎng)，并常用于外框筒的下層，形成較大的入口。

3.同時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)軸線布置。即上部樓層剪力墻結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)換層改變?yōu)榭蚣艿耐瑫r(shí)，柱網(wǎng)軸線與上部樓層的軸線錯(cuò)開，形成上下結(jié)構(gòu)不對齊的布置。

三、高層建筑梁氏轉(zhuǎn)換層的特點(diǎn)

1.鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換層鋼骨混凝土梁不僅承載力高，剛度好，可大大減小截面尺寸，且塑性、耐久性和抗震性能優(yōu)于鋼筋混凝土梁。此外，鋼骨混凝土梁在施工階段其自身剛度好，定位準(zhǔn)確，可減少支模，加快施工速度。目前，國內(nèi)采用鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換構(gòu)件的實(shí)際工程還不多，但國外采用較多。

2.預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用

采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)可帶來許多結(jié)構(gòu)和施工上的優(yōu)點(diǎn)，如減小截面尺寸、控制裂縫和撓度，控制施工階段的裂縫及減輕支撐負(fù)擔(dān)等等。因此，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)非常適合于建造承重荷載的大跨度轉(zhuǎn)換層，且有自重輕，節(jié)省鋼材和混凝土等優(yōu)點(diǎn)。

四、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)原則

高層建筑中梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時(shí)在梁式轉(zhuǎn)換層上下容易形成薄弱環(huán)節(jié)，對結(jié)構(gòu)抗震不利，故梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

1.盡可能減少需結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，直接落地的豎向構(gòu)件越多，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)越少，轉(zhuǎn)換層造成的剛度突變就越小，對結(jié)構(gòu)抗震越有利。

2.設(shè)計(jì)中應(yīng)保證轉(zhuǎn)換層有足夠的剛度，一般應(yīng)使梁高度不小于跨度的1/6，才能保證內(nèi)力在轉(zhuǎn)換層及其下部構(gòu)件中分配合理，轉(zhuǎn)換梁、剪力墻柱有良好的受力性能，能起到較好的作用。

3.轉(zhuǎn)換層樓板采用了“樓板在平面內(nèi)剛度無限大”的假定，因而得到了所有框支柱和剪力墻的位移相等水平力按框支柱和落地剪力墻的剛度按比例分配。實(shí)際上，轉(zhuǎn)換層樓板要將上部結(jié)構(gòu)的水平剪力傳遞到底部結(jié)構(gòu)上去，本身承受很大的平面內(nèi)剪力，同時(shí)又承受部分豎向荷載，樓板自身在平面內(nèi)受力很大，有顯著的變形，因此要求樓板要有足夠的強(qiáng)度和剛度。

4.轉(zhuǎn)換層以上的剪力墻和柱子應(yīng)盡量對稱布置。梁上立柱應(yīng)盡量設(shè)在轉(zhuǎn)換梁跨中，以免轉(zhuǎn)換梁變形時(shí)，在梁上立柱的柱腳處產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)角，帶動(dòng)立柱柱腳產(chǎn)生較大變形，引起柱的彎曲及剪切，使立柱產(chǎn)生很大的內(nèi)力。

5.全面細(xì)致的計(jì)算作為整體結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要組成部分，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)必須采用符合實(shí)際受力變形狀態(tài)的計(jì)算分析，而且應(yīng)該建立模型進(jìn)行三維空間整體結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。或者可采用有限元方法對轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部補(bǔ)充計(jì)算，此時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)以上，至少取兩層結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部計(jì)算模型，并注意模型邊界條件符合實(shí)際工作狀態(tài)。

五、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法存在的問題

目前在多、高層建筑中，開發(fā)商多要求建筑物具有完備的建筑功能，建筑師在建筑設(shè)計(jì)中也往往首先想到采用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層來完成上、下層建筑物功能的轉(zhuǎn)換。但一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際進(jìn)行轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)時(shí)顯得無從下手，沒有可操作、可遵循的設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)原則來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)層具有與一般結(jié)構(gòu)層相比結(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)?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)方法，主要是針對形式簡單、受力相對簡單的轉(zhuǎn)換梁，對于受力復(fù)雜的轉(zhuǎn)換梁還沒有深入研究。即便是對于形式簡單的轉(zhuǎn)換梁，其受力性能也沒有完全清楚，而往往是互相混淆，設(shè)計(jì)概念不明確，設(shè)計(jì)原則不準(zhǔn)確。對于轉(zhuǎn)換梁的配筋方法也限于用普通梁的配筋方法加以套用，造成轉(zhuǎn)換梁截面超大、配筋偏多、配筋構(gòu)造無法實(shí)現(xiàn)、施工困難等現(xiàn)象。

六、高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.轉(zhuǎn)換梁的截面設(shè)計(jì)方法

轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法的選擇與其受力性能和轉(zhuǎn)換層的形式相關(guān)。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(shí)，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)換粱承托上部斜桿框架時(shí)，轉(zhuǎn)換梁將承受軸向拉力，此時(shí)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(shí)，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(shí)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)算出的縱向鋼筋應(yīng)沿全梁高適當(dāng)分布配置。

2.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。

3.轉(zhuǎn)換梁的截面設(shè)計(jì)方法

目前國內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作普遍采用的轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法。主要有：應(yīng)力截面設(shè)計(jì)方法。對轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行有限元分析得到的結(jié)果是應(yīng)力及其分布規(guī)律，為能直接應(yīng)用轉(zhuǎn)換梁有限元法分析后的應(yīng)力大小及其分布規(guī)律進(jìn)行截面的配筋計(jì)算，假定不考慮混凝土的抗拉作用，所有拉力由鋼筋承擔(dān)鋼筋達(dá)到其屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。受壓區(qū)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

4.轉(zhuǎn)換梁截面設(shè)計(jì)方法的選擇

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(shí)，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(shí)，轉(zhuǎn)換梁將承受軸向拉力，此時(shí)應(yīng)按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。

5.上部框架設(shè)計(jì)和構(gòu)造要求

（1）上部框架與轉(zhuǎn)換梁共同工作，可視作一個(gè)層層受樓板約束、受連粱空間約束的巨型平面空腹析架。設(shè)計(jì)時(shí)可以加大轉(zhuǎn)換梁上面幾層框架粱的剛度，以達(dá)到共同承受上部荷載和起到二道設(shè)防的作用，同時(shí)由一層粱承托變成層層梁承托上都框架柱的工作機(jī)制。（2）轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上部框架須按強(qiáng)柱弱梁的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保塑性鉸在梁端出現(xiàn)，使柱比梁有更大的安全儲備。（3）轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究表明，與轉(zhuǎn)換梁相連的柱子往往是薄弱環(huán)節(jié)；轉(zhuǎn)換梁上層框架梁柱受力復(fù)雜，應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際受力情況進(jìn)行較準(zhǔn)確施工模擬計(jì)算分析。

七、結(jié)束語

高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是非常負(fù)責(zé)的，需要考慮的因素很多，需要設(shè)計(jì)師在整體和局部都有一定的把控，這樣才能保證設(shè)計(jì)的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]曲巖巖.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2008（8）.

[2]張明武.高層綜合樓梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析與探討[J].四川建材.2009（5）.

[3]朱樂成.如何加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)分析[J].建材發(fā)展方向.2011（6）.

[4]徐氫清.高層房屋建筑結(jié)構(gòu)分析與探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2011（20）.