石開明

（黑龍江省寒地建筑科學研究院，黑龍江 哈爾濱150000）

高層建筑具有更大的空間，樓層也在不斷提升，為了充分發(fā)揮出高層建筑的價值，設計者改變了建筑原本單一化的功能，很多高層建筑上部樓層被定位成居民住宅，而下半部分則支持辦公與商業(yè)活動，多功能型建筑的數量也逐漸增加。下部樓層需要設置的墻體不多，同時柱網較大，而上部分剛好相反，為了轉換不同樓層的差異化功能，需應用水平轉換結構構件，即進行轉換層施工?，F探討梁式轉換層這種常用轉換層的設計方法。

1 轉換層系統(tǒng)分析

如果高層建筑的最底部位置設置了結構轉換層，轉換層上部區(qū)域的一些豎向類構件難以實現貫通，必須有合適的轉換構件。常見的轉換構件有厚板、箱形結構、斜撐系統(tǒng)與轉換大梁。厚板轉換構件在地震中會受到相對比較大的影響，因此施工應用相對受限；箱形轉換構件具有良好的整體性，剛度也很高，約束力度強，但是施工過程過于繁瑣，同時需要的施工應用成本也很高。梁式轉換是被運用最多的轉換系統(tǒng)，轉換梁上設置了剪力墻，借助轉換柱對轉換梁進行支持，該種轉換層不需過高的建設成本，施工過程相對其他的轉換層更為簡單，具有明確的傳力方向。

2 設計梁式轉換層的重點事項

2.1 縮減豎向構件與對稱布置剪力墻、轉換柱。為高層建筑設計梁式轉換層時，需重視豎向構件的使用，重點控制其數量，如果使用過多的豎向構件來建設結構，就必須對過多的豎向構件實施轉換，轉換層也會因此而形成剛度突變的現象，影響到結構抗震效果。

布置剪力墻與轉換柱時，需堅持對稱設置的施工原則，轉換柱被設置到轉換梁上方，具體應處于跨中部位，如果轉換梁形成變形的問題，轉換柱并不會受到過多影響；如果不采取這種設置方式，轉換柱就會被變形梁直接帶動，加大變形幅度，同時轉換柱還會受到彎曲應力與剪切應力的沖擊。

2.2 對下部結構進行強化。在梁式轉換層結構系統(tǒng)中，下部分的整體空間需滿足抗震、延性、強度以及剛度方面的要求，因此需對下部結構實施強化，使其形成更高的強度，對待上部空間結構系統(tǒng)時，則需弱化其剛度，通過該方法，使主體結構的上下部分剛度特征與變形情況基本保持一致。可給下部結構運用截面尺寸比較大的豎向構件，也可將混凝土材料的強度提升，或者增設剪力墻。如果通過剪力墻對結構的抗側剛度進行提升，需均勻分布整個結構的剛度，同時使結構剛度中心與質量中心基本保持重合，預防偏心問題；一旦形成偏心的情況，建筑主體結構將形成整體扭轉的問題。

除了保障下部結構的剛度之外，還必須保障轉換本身的剛度，以此來提升建筑具有的抗震能力。設計梁式轉換層結構時，就需要考慮到強度方面的問題。在常規(guī)的結構設計條件下，轉換梁構件截面高度不可低于結構跨度的1/8，借此合理分布結構內力，轉換梁與剪力墻柱均能夠形成極佳的受力性能。針對轉換層，可加厚其樓板，同時強化混凝土強度，進而達到優(yōu)化轉換層，強化其結構剛度的目標。

2.3 不可將轉換層高度設置得過高。如果轉換層的位置偏高，轉換層周邊的框支剪力墻原本的傳力途徑、內力與剛度均會產生突變的情況，進而使薄弱層產生。如果在高處設置轉換層，應控制其下部分的框支結構在同一效率上對應的剛度，主要對彎曲、剪切以及軸向構件具有的剛度實施控制，盡可能縮減內力突變幅度。嚴格把控落地型剪力墻之間的距離。

2.4 做好計算分析工作。分析與設計轉換層系統(tǒng)時，需要掌握整體結構以及其中的梁式轉換層的受力變形情況，為了使分析過程更為直觀，可運用三維空間技術，分析結構，也可選擇有限元方法在轉換層結構的局部位置上開展補充計算分析。

3 設計梁式轉換層的要點

3.1 設計轉換層上部框架。對于轉換層上部框架設計而言，應遵循強柱弱粱的原則，設計過程中，設計人員應確保在粱的端末位置存在塑性鉸，其目的在于提升柱梁的安全性。根據相關梁式轉換層的研究實驗表明，梁式轉換層與柱的相連位置通常是極為貧弱的點，較容易產生安全事故，而梁式轉換層的受力還存在一定的復雜性，應力相對較為集中，對此，設計人員在具體的設計過程中，應充分考慮框架的受力情況，再給予科學合理的設計。例如，設計轉換層上部框架時，設計人員為了確保設計質量，應充分計算相關應力。另外，對于與框架連接的縱向鋼筋的配筋，設計人員也應給予合理設計，提高柱體的穩(wěn)定性，確保上部框架的安全、可靠。具體而言，在抗震等級為1 級的情況下，配筋分配的概率應大于等于1%；抗震等級為2 級情況下，配筋的分配率應該為大于等于0.8%；抗震等級為3 級時，配筋率應為大于等于0.7%；抗震等級為4 級時，配筋率應為大于等于0.6%，鋼筋間距應在80～200mm之間。

3.2 設計轉換梁。由于上部荷載作用點或荷載作用線經常與轉換梁截面中心線不重合,使得轉換梁產生扭矩,而梁的抗扭承載力較低因此設計時不僅要通過計算來確定抗扭承載力是否能滿足,還應在設計之初就盡量使兩者重合，有條件的情況下可設置雙向轉換梁來平衡扭矩。轉換梁截面尺寸一般由剪壓比控制，寬度不小于其上墻厚的2 倍,且不小于400mm；高度不小于計算跨度的1/8。

轉換梁存在復雜的受力狀況，其作為傳輸上部樓層與下部樓層荷載的重要載體，同時還要對剪力墻系統(tǒng)進行保障，確保其滿足抗震要求，可將其看成是轉換層系統(tǒng)不可或缺同時又極為復雜的受力類構件，設計時進行安全準備是非常必要的，下部與上部運用的縱向鋼筋需符合配筋率要求。

3.3 設計轉換粱截面。高層建筑的施工設計環(huán)節(jié)中，其梁式轉換層轉換粱是設計要點，需要設計人員確保轉換粱的設計質量。具體設計過程中，粱截面是重點，需要設計人員加強研究，以能夠真正確保梁式轉換層的穩(wěn)定。一般情況下，梁式轉換層主要包括托住形式、托墻形式兩種。當轉換粱為托住形粱，且轉換粱是對上部普通框架進行承托時，給予常規(guī)截面面積設計即可，但轉換粱與普通粱的受力應具有一致性；轉換率的設計過程中，如果轉換粱是對上部斜桿框架進行承托，此轉換粱則會受到軸向拉力的影響，因此，轉換粱截面應根據偏心受拉構件進行計算設計；若果轉換梁是對上部墻體進行承托，并且具有滿跨不開洞的特點時，上部墻體與轉換粱是共同受力關系，為了確保轉換粱的安全可靠，設計人員可以采取應力截面設計、深粱截面設計的方法。

3.4 設計轉換粱構造。在轉換粱的設計工作中，設計人員也可以根據剪壓比確定粱的界面尺寸，通過計算則能夠確保含箍率的適合，進而避免梁體應用過程中的受力損壞現象產生。轉換粱構造的設計工作中，設計人員應盡量確保結構的完整性，避免一些孔洞設計形式存在，如必需要設計相關孔洞時，設計人員應主要在粱中、軸位置設置洞口，另外，對于洞口的上弦桿、下弦桿也要給予有效的加固措施，如增加密筋的方式，提高其抗剪能力。

3.5 設計轉換柱。轉換柱截面尺寸主要由軸壓比控制并應滿足剪壓比要求。為保證轉換柱具有足夠延性，對其軸壓比應嚴格控制，對部分因截面尺寸較大而形成的“短柱”，軸壓比的控制應更加嚴格。柱截面延性還與配箍率有密切關系，因而轉換柱的配箍率也比一般框架柱大得多。作為重要的豎向構件，為增加安全性，對轉換柱端剪力及柱端彎矩均要乘以相應的增大系數。

3.6 設計轉換樓板。以轉換層為界限，框支剪力墻在下部與上部具有差異化的內力分布特點。在上部樓層系統(tǒng)中，形成的外荷載主要結合等效剛度按照具體的比例進行分配；在下半樓層中，落地型剪力墻與框支柱具有不同的剛度，落地剪力墻集中承受水平剪力，分配荷載時形成突變。設計轉換層樓板時要考慮到樓板在平面范圍內變形幅度大，受力也比較多，因此要使其形成充足的剛度，厚度需超過180mm，采取雙向雙層配置鋼筋的方式，每個方向每個樓層的配筋率都應高于0.25%，以此達到剛度設計要求。

4 結論

梁式轉換層在建筑中應用得越來越多，但是其中結構設計部分的工作是比較復雜的，設計者需結合設計要求實施設計，本文全方位地分析了梁式轉換層的重點設計事項，同時分析各個部分的具體設計問題，設計者需加深對梁式轉換層系統(tǒng)的認識，控制關鍵環(huán)節(jié)，對梁式轉換層以及多功能型建筑的整體安全性加以保障。