带梁式转换层结构的高层建筑结构设计

阮鸣

摘要：本文笔者结合某综合建筑实例，从框支柱、框支梁、转换层楼板、抗震等级、平面布局等方面分析了带梁式转换层结构的高层建筑结构设计要点，论述了带梁式转换层结构的特点。对提升建筑结构设计参数计算的准确度有很大的帮助，确保了高层建筑的施工质量符合设计要求。

关键词：带梁式转换层结构；高层建筑；剪力墙

带梁式转换层结构主要是通过控制建筑内部受力均衡性来确保建筑结构的稳定性，它具有良好的发展前景。因为高层建筑上部结构薄弱下部结构比较紧凑，所以转换层的稳定性要有新的突破。如今，高层建筑功能呈现多元化，建筑上部做居住使用，采用密集的结构设计，建筑底部和中部做商业使用，采用稀疏的结构设计。把带梁式转换层结构应用到高层建筑结构设计中，保证能够建筑结构设计受力的稳定性，对提升建筑受力的稳定性起了很大作用。

一、工程概况

某综合建筑项目总建筑面积47391.86m2，其中包括地上28层，地下2层。地下1层为储藏室及设备用房；地上1层-3层做商业与其他用途；地上4层-28层为住宅建筑。地下1层层高为3.6 m，管道层层高为1.8 m，地上1层层高4.8 m，地上2-3层层高5.5 m，地上3层～28层层高均为3.0 m，室内外高差0.60 m，建筑总高度88.9 m。结合各种形式转换层的优缺点，把地上1层设置成框支转换层、地上1层以上为纯剪力墙，这方便了建筑结构应力的传递也满足了建筑结构空间使用功能的需要。要注意在结构设计时，要根据结构大空间使用功能性要求杜绝结构竖向刚度差距明显的问题出现，严格按照《高层建筑混凝土结构技术规程》的要求对带梁式转换层上下部分的侧向刚度比例进行调节，尽量减小剪力墙上门的窗洞口调整底部剪力墙的强度等级与厚度，让结构形成一个封闭的筒体。

二、带梁式转换层结构的高层建筑结构设计要点

（一）框支柱

对于框支柱的设计，设计人员应在地震组合下根据高层建筑能够承受的地震级别，确定带梁式转换层框支柱的截面及配筋，依据轴力值设计框支柱参数，调整数据参数、增加结构的受力强度、明确框支柱设计的数量。设计人员应该科学准确的计算剪力墙与框支柱的受力情况，根据框支柱轴压计算框支柱的截面尺寸，控制建筑转换层的框支柱受力范围，确保在工程设计中框支柱具有足够的延性。根据放大后的弯矩设计值，通过框支柱的柱顶弯矩乘以放大系数方式来配筋。在抗震设计时，需按规定设置支柱承受的地震剪力。表现在：当每层带梁式转换层结构中框支柱的数量不超过10根时，如果底部框支层设在1层-2层，必须确保每一根框支层以上，每一个框支柱所承受的剪力必须大于3%。如果建筑每一层框支柱的数量超过10根时，当1 层-2层的建筑底部框支层所承受的剪力，必须大于结构基底剪力的20% ，框支层剪力全部设在3层以及3层以上，必须将每一层框支柱所承受的剪力控制在30%以上。在完成框支柱剪力设计工作后，还要按照规定要求，认真观察框支梁的剪力、弯矩和框支柱的轴力变化情况，及时调整每一层框支柱与柱端框架梁的弯矩，再对应调整框支柱剪力，这样就不影响到整个结构层所承载的剪力。而且，需做好抗震等级的设计工作，采用复合螺旋箍或井字复合箍绑扎转换柱钢筋，，沿着框支柱实施全高加密，并控制钢筋绑扎的直径与间距，确保直径大于10mm、间距小于100mm，来设计每一层框支柱的纵向钢筋配筋率。

（二）框支梁

框支梁的受力具有复杂性，，它是上下层荷载的传输重心和提升框支剪力墙抗震性能的核心部位，它的受力与其他结构设计相对要大。所以一定要严格按照高层建筑结构设计有关规定设计框支梁。如果建筑项目的转换梁上、下部纵向钢筋系非抗震设计，最小配筋率必须大于0.3%；如果抗震等级为特一、一级和二级，最小配筋率必须大于0.6%、0.5% 和0.4%，还要在框支剪力墙结构中的框支梁上、下纵向钢筋和腰筋节点位置实施锚固，再检查水平段，确保大于0.4lab（非抗震）或者是大于0.4labE（抗震设计）伸至柱边，梁上部第一排纵向钢筋应向柱内弯折锚固，为不影响整体施工质量，锚固延伸到梁底的长度不能低于非抗震设计la，或者是抗震设计laE；如果建筑转换层梁上部配置的钢筋属于多排纵向，技术人员可通过调整梁上部内部的锚固钢筋的长度，确保水平段、弯下段的长度值大于钢筋锚固长度非抗震设计的la。设计人员应坚持强剪弱弯、强底层柱底、强柱弱梁、强底层墙的原则，来避免框支梁发生形变，影响到整个带梁式转换层结构，提升抗震性能。

（三）转换层楼板

在设计框支剪力墙结构时，要按照各个建筑施工控制点中剪力墙刚度均匀分布于上部楼层的特点，以转换层结构为分界线，再结合框支柱和落地剪力墙之間的刚度要求、水平剪力在转换层的荷载分配时容易发生形变，还有转换层楼板自身平面受力情况，因为受上下结构设计的受力分布影响；所以必须提升转换层楼

（四）抗震等级

转换层在进行高层建筑施工的过程中起到承上启下的作用，转换层以下作为框架式的剪力墙，以上均是剪力墙。设计与施工过程相对比较复杂，为保证抗震等级与实际建筑的带梁式转换层结构受力均匀，在实际设计中要考虑到高层建筑梁式转换层的抗震等级，设计人员需要结合带梁式转换层结构的设计标准，对地震级配加以规范。在对于带梁式转换层的高层建筑结构设计中，设计高层建筑抗震等级是很重要的，设计的关键控制点是高位转换层作为带梁式转换层结构设计的加强区；所以设计人员应按照具体情况提升抗震等级与性能，以缓解部分地震受力面积。

（五）平面布局

带梁式转换层的平面设计主要是选用对称设计方式，控制两侧的误差，来减少结构受力的偏心率，确保转换层重心的稳定性，这种设计相对比较简单。在进行平面布局设计的过程中，设计人员要根据带梁式转换层的周边情况，在规定下使用专业设计软件测算安全系数，为了能够确保高层建筑扭转的过程中，维持高度稳定的性能，需要控制平面布局的每一项参数，提升带梁式转换层的强度，对位移距离进行控制，提升扭转能力，可以避免高层建筑发生水平位移，建筑结构设计发生误差，给高层建筑的稳定性带来不利影响，以满足建筑结构安全施工的需求。

（六）竖向布置

为了保证建筑结构设计的稳定性，高层建筑的侧向刚度设计应该保持下大上小。所以要强化下部、弱化上部进行竖向布置，把两侧的剪力墙落地，并增加部分剪力墙在建筑底部、增加地下层底部的剪力墙在400mm—600mm内的厚度，以提升建筑结构的底部刚度、承担建筑结构的部分受力。同时使用高标号混凝土来浇筑底部剪力墙，提升底部柱和墙混凝土刚度与强度。设计人员要注意防止刚度削弱过度，影响到建筑结构设计的稳定性，给建筑工程施工埋下潜在安全隐患，底部剪力墙尽可能不开洞或者是只开小洞。设计人员需要严格控制转换层上部剪力墙的厚度，适当减少建筑转换层上部剪力墙的数量，若想要帮助上部结构承担部分受力，适当承担建筑物所承受的压力，缓解框支梁承受的荷载能力，可以在转换层部分较长的剪力墙中开设结构洞，待到建筑施工结束后，使用填充墙进行填实以增加建筑结构自振周期，从而降低地震对建筑物的作用力。

三、结语：

为确保建筑结构设计结果和具体情况一致，相关人员需要分析影响建筑设计的因素，还要使用相关的工具和专业的设计方法，来加强框支柱、框支梁、转换层楼板、抗震等级、平面布局和竖向布置等环节的控制，排除在带梁式转换层结构的高层建筑结构设计过程中受到的各种干扰和影响因素。提高建筑结构设计参数的计算的准确度，确保高层建筑施工的质量符合设计要求。