黑龙江省建筑设计研究院
摘要：高层建筑在城市中越来越常见，这种建筑的结构类型比较多，其中梁式转换层结构在高层建筑中应用比较多。梁式转换层的受力性能比较强，而且构造较为简单，施工也比较方便，这种结构的设计还具有经济节省的优点。本文对转换层的概念进行了论述，还对粮食转换层的设计原则进行了分析，对高层建筑粮食转换层结构设计要点进行了介绍，以供参考。
关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计
梁式转换层结构设计是一项重要的工作，其在高层建筑工程中比较常见，设计的水平与质量影响着建筑结构的安全性，也关系着建筑使用的寿命。高层建筑在我国有着良好的发展趋势，这类建筑的增多，使得城市形象越来越现代化。只有掌握梁式转换层结构设计的要点，才能提高高层建筑设计的质量以及水平，才能促进我国建筑行业更好的发展。在高层建筑梁式转换层结构设计时，还要坚持经济节省的原则，这样才能提高建筑工程的经济效益。
一、转换层概述
1、转换层的概念
建筑物某楼层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构（设备）类型，并通过该楼层进行结构（设备）转换，则该楼层称为结构（设备）转换层。目前的高层建筑多为低层商用，上部住宿的多功能要求，在低层商用要求的大空间与上部住宿要求的多墙多柱的小空间之间，往往需要采用一定的结构形式进行转换处理，即加设转换层。
2、转换层分类
高层建筑转换结构一般可分为4种基本结构形式，即：梁式转换结构（包括托梁和双向梁格）、桁架转换结构（包括空腹桁架）、箱型转换结构、厚板转换结构。
3、转换层的功能
转换层在建筑功能上的作用主要有：
（1）提供大的室内空间；
（2）为建筑物提供大的入口
（3）在高层建筑中部提供大空间。
二、梁式转换层设计的原则
梁式转换层在高层建筑中比较常见，设置这种转换层会使建筑物出现竖向刚度突变，在地震力的作用下，梁式转换层属于建筑结构中比较薄弱的环节，这种结构的抗震性并不强，为了保证梁式转换层的设计质量，设计人员必须遵循以下几点原则。
1、在梁式转换层的设计中，要尽量减少需要进行结构转换的竖向构件，还要增加直接落地的竖向构件，这一措施可以减小转换层刚度突变的概率，可以提高建筑结构的抗震能力以及抗震效果。
2、梁式转换层设计，还要保证转换层的刚度，梁的高度与其跨度有着一定比例关系，一般其高度需要大于跨度的1/6，这种设计可以保证转换层内力分配的合理性，也可以保证下部构件布置的合理性。转换梁与剪力墙柱要具有良好的承受压力的能力，这可以保证梁式转换层结构的稳定性。
3、转换层楼板的设计也非常重要，很多施工单位会假定楼板在平面内的刚度无限大，框支柱与剪力墙的位移要与其刚度成比例进行分配。转换层楼板上部结构的剪力会随着底部进行水平方向的传递，由于楼板本身承受着较大剪力作用，而且也会受到来自竖向的荷载力量，所以，楼板会处于较大的受力状态，会出现较为明显的变形现象，楼板的强度以及刚度对建筑结构有着较大影响，在选择楼板时，一定要对其承载能力进行检测。
4、转换层上部的剪力墙在布置时需要与梁柱保持对称一致，梁上立柱可以设置在转换梁的跨中，这种设计可以保证转换梁变形后，梁上立柱不会出现较大的变形状况。梁柱脚出现转角后，会产生较为明显的变形现象，梁上立柱由于弯曲会产生剪切力，立柱内部会产生较大的荷载例，只有保证剪力墙与柱子采用对称的方式布置，才能避免变形危害的产生。
5、设计人员还需要做好计算工作，要对梁式转换层受力变形的状态进行分析与计算，还可以通过建立三维空间模型，对高层建筑梁式转换层结构进行分析。利用有限元计算方法，可以对转换层结构进行补充，不同的转换层，应用的计算模型有着较大的差异，所以，在应用的过程中，一定要做到结合实际，保证模型的边界条件符合实际要求。
三、高层建筑梁式转换层结构设计要点
1、转换梁截面设计方法
转换梁截面设计需要应用特殊的计算方法，在考虑梁受力性能以及转换层的形式后，要选择适合的方法。转换梁截面的形式主要有两种，一种是托柱形式转换梁截面，另一种是托墙形式转换梁截面。在对托柱形式转换梁截面进行设计时，需要考虑截面尺寸的大致范围，这种梁的受力与普通梁几乎一致，所以，截面设计方法可以考虑配筋的计算方法。如果转换梁承托的是斜杆框架，其会受到轴向拉力，设计人员可以考虑偏心受拉构件原理对截面进行优化设计。对于托墙形式的转换梁截面，考虑到转换梁需要与上部墙体共同工作，还存在深梁现象，所以截面设计方法多采用深梁截面设计法，有时也可以采用应力截面设计法，利用相关公式计算出纵向钢筋数量后，要保证钢筋沿着梁高分布配置。
2、转换层结构的构件设计
转换层结构不仅竖向刚度易在转换层附近发生突变，还应关注的是竖向抗侧力构件不连续，使结构的传力（包括竖向及水平力）途径在转换层及其附近发生突变，在强震作用下，易产生薄弱部位。提高转换层上下刚度，需要加强转换层及附近层结构构件，以保证水平剪力的有效传递和结构底层在强震下有足够的延性。
3、转换层分析计算
整体计算完毕后对转换层本身应采用平面有限元计算软件做局部应力的补充计算。进行局部分析时，应考虑转换结构上下楼层是否进入局部计算模型，以及楼层楼盖平面内刚度影响，采用符合实际情况的正确计算模型。框支剪力墙的计算较为复杂，上部剪力墙需与下面多根柱相连接，如果连接不当会产生很大的计算误差。计算时宜在上部剪力墙肢与下部转换柱之间均设转换梁，墙肢与转换梁相连接。
4、转换大梁的设计
梁式转换层的设计构造要求：①转换层楼板要将上层结构的水平剪力传递到下层抗剪结构上去，本身承受很大的平面内剪力，同时又承受部分竖向荷载。因此要求楼板要有足够的强度和刚度。②转换层大梁是承托上部剪力墙或柱传下来竖向荷载的重要构件.本身受力很大，它是整个结构抗震安全的关键部位。因此，转换大梁的设计在整个转换层结构的设计中至关重要。
5、托墙形式转换梁截面设计
当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。由于此时转换梁跨中较大范围内的内力比较大，故底部纵向钢筋不宜截断和弯起，应全部伸入支座。当转换梁承托上部墙体为小墙肢时，转换梁基本上可按普通梁的截面设计方法进行配筋计算，纵向钢筋可按普通梁集中布置在转换梁的底部。
四、结语
高层建筑梁式转换层结构设计是一项专业性比较强的工作，在设计的过程中，设计人员必须具有清晰的思路，还要明确相关设计概念，对不同转换层结构进行计算与分析，还要确定平面与空间有限元程序，减少建筑工程的工作量，提高施工人员的工作效率。在优化梁式转换层结构设计方案时，要结合梁的承载能力，还要了解梁的受力性能，转换梁与普通梁在设计时有着较大的差异，设计人员一定要保证转换梁结构的稳定性，这样才能保证高层建筑使用的安全性。
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