建筑结构设计中的梁式转换层结构设计

刘学

摘要：近些年来，随着城市化进程的不断加快，人们的生活水平有了很大提升，这样人们对生活环境的要求就上升了一个层次，同时为了对人们的需求进行满足，转换层结构的设计开始出现在现代的建筑工程中。转换层结构的出现很好的满足了人们在居住环境方面的条件，使人们的生活更加便利、舒适以及多样化。基于此，本文主要对建筑结构设计中的梁式转换层结构设计进行分析。

关键词：建筑结构设计；梁式转换层；结构设计；

引言

随着城市建设的发展，高层建筑的出现和发展，使土地的利用率得到了进一步的提升，但是在设计的过程中；为了达到最基本的功能要求，底层采用大面积的空间布局，而上层的标准层采用小的开放，使得上层的垂直承重结构不能直接降落；需要增加对应的结构进行变换。目前梁式转换层由于其传递力清晰、工作可靠、施工方便等优点，在工程设计中得到了广泛的应用。在实际设计中，应主动把握其设计要领，以确保设计的合理性和协调性。

1.梁式转换层的设计原则

1.1减少高层建筑的纵向构件

在高层建筑中，采用梁式转换层结构时，必须先减小整个建筑物的纵向构件。若在建筑物空间中存在太多的纵向构件，则会减少可进行转换的功能构件，进而降低梁式转换层结构的刚度；这不仅会严重影响梁式转换层的设计稳定，而且还会影响到整个结构的稳定和抗震设计，并产生一定的安全风险。

1.2对称布置转换柱和剪力墙

为确保结构的稳定与美感，应按建筑结构的设计特征及技术要求对其进行合理的配置。在设计转换柱、剪力墙时，应按实际情况精确地测量转换柱与剪力墙的位置，以使其与转换柱对称。另外，转换柱的最优安放位置为转换梁中部，在转换梁发生变形时，其柱脚不会受到很大的影响；同时，也不会对转换柱产生很大的变形。若转换柱出现扭转或剪力，将会影响梁式转换层的整体安全，从而对结构的安全产生不利影响。

1.3严格计算梁式转换层的结构

梁式转换层结构又称梁式框架支撑剪力墙，其合理与否直接关系到整个结构的安全与实用性，是整个建筑结构设计中的一个关键环节。因此，在设计阶段，必须精确地测量和精确地计算梁式转换层的各个参数，以保证设计的合理。

1.4提高转换层结构的刚度

为改善转换层结构的刚度，必须牺牲转换层的整体刚度，以确保其在施工中的使用效果。结构墙在改善转换层结构的刚度方面起到了一定的作用，但应注意受压均衡，不能产生不均匀的受力，否则会损坏转换层。一般的变换层下部结构在承受较大的荷载作用下，应增加转换层下部结构的刚度，但应做好整体的抗压准备，避免因短期的收益而影响整体的安全。整体抗压结构的设计必须达到国家规范的数值。

2.梁式转换结构的设计要求

2.1抗震设计

有关研究显示，在较高的转换层中，该结构的地震反应能力较弱。因此，在结构设计中，不仅要确保转换梁的刚度满足有关的硬性要求，而且还要对转换梁的高度、材料、剪力墙及构件的配置等进行进一步的规范。结构的具体要求是：（1）转换梁的高度要超过跨径的20%，采用高性能的混凝土。（2）当建筑物下侧空间大时，框架支撑剪力墙的层数必须小于6层；如果在使用转换层时，上部和下部构件的内力变化不显著，则上部和下部结构的刚度特性比较好，可以适当地提高转换层的高度。另外，根据建筑物的抗震设防标准，有针对性地调整转换层的高度。以9度地震设防烈度为例，有过渡层的建筑物不宜用于建筑物。（3）在高层建筑中采用梁式变换结构时，既要按相关技术规范进行设置，又要确保其对称；在转换柱中部设置剪力墙。另外，垂直变换部件的数目也要尽量少，太多的垂直变换部件不但会影响转换效率，而且会使转换部件数目增多；这样就会对整个建筑物的稳定产生不利的影响，并对整个建筑物造成一定的安全风险。

2.2梁式转换层结构的受力分析

通常，梁式转换层的受力转移主要通过剪力墙转换梁进行，而转换梁则将其传递给转换塔。它的传递方式简单、直观，方便了设计者对变换梁受力的分析和计算。在进行结构分析时，需要精确地计算剪力墙、转换梁和转换柱的刚度，并精确地分析转换梁的受力状况。如果变换梁的跨距为12米，则它能承载3至5层的楼层，因此，有关计算可以按3层作为基准进行。

2.3梁式转换层结构对建筑材料在强度方面的要求

在梁式转换层的设计方案中通常会使用钢筋混凝土作为建筑施工的材料。根据不同的建筑楼层高度，对混凝度也有不同的强度要求。通常如果建筑物的层数在五层以下时，要求其柱和墙所使用的混凝土应达到C50的强度等级，而对板和梁进行施工时，要求混凝度的强度等级应达到C30级。随着楼层的增高，对于混凝土材料的强度等级要求也将随之发生相应的变化。

2.4结构布置

对于高层建筑物的转移层，在结构布局时，应该尽可能增加建筑物的下端刚性，并将其集中于下侧。在建筑结构的具体工作中，要综合考虑地形、楼层数量、结构布局和布局等因素，才能满足建筑物的功能需求。结构布局的详细规定如下：（1）当底层大面积的层高大于一层时，上下两层之间的等效横向刚性要尽量相近，并尽量使之比小于1.3。（2）在高层建筑物中，最大横向变形与各层间的位移之比不大于各层的平均，一般为1.2~1.4。（3）具有过渡层的房屋，其受力通常较为复杂，因此，要尽量减少变换的次数，将重点放在上下两个主体之间，使其能够进行直接传递，以防止多次过渡。比如在框架和芯柱的构造中，剪力墙体应该尽可能采用地面布局，以免破坏芯柱。

2.5转换梁截面设计方法

转换截面设计作为转换层设计重点内容，其设计方式与多个因素相关，如受力性能、转换层形式等。一方面，托柱形式转换梁截面设计。转换梁承载上方为普通框架条件下，转换梁多选用处于截面尺寸范围内，其自身受力与常规梁基本相同，可依照普通梁截面设计方式进行配筋；其上方承载框架为斜杆，其自身承载轴向拉力，此种条件下需依照偏心受拉构件完成截面设计。另一方面，拖墙形式转换梁截面设计。转换梁承载上部墙体满跨不开洞条件下，转换梁与上方处于同步工作状态，其自身受力特征为深梁，该转换梁截面设计建议选取深梁或应力截面设计方法，且最终计算纵向钢筋应沿着全梁高合理化布设。

3.在建筑结构的设计中应用梁式转换层的发展趋势

随着我国建筑技术的不断发展，混凝土材料的性能将获得进一步的提高，为转换层的建设施工提供更加高性能的材料，从而使转换层的刚度和承载能力得到增强。而新的转换结构也在研究和尝试的过程中，一些新型的斜向支撑等技术和结构件在不断的出现，将逐步改善框支梁在受力方面的能力，使转换层结构得到更加广泛的应用。

4.结束语

梁式转换层结构又称梁式框支剪力墙结构，它的主要工作原理是使用框支柱承托框支梁，由框支梁来支撑上部的剪力墙，从而实现建筑的功能结构转换。基于对梁式转换结构特性的了解，考虑到这种结构中转换梁的尺寸过大会导致结构抗震性能差问题，在具体的工作中要重点把握剪力墙结构和转换层位置的设计，灵活进行结构布置。随着城市高层建筑数量的剧增，对于未来梁式转换层结构的设计，应充分结合建筑物的性能和用途，明确相关的设计规范，优化重要构件的设计，使这种结构更好地发挥功能转换作用，更好地应用到城市建筑中。

参考文献

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