南宁市建筑设计研究院有限公司 广西南宁 530002
摘要：伴随现代高层建筑技术的革新与优化，建筑结构的功能和造型也在逐渐丰富，使其能够进一步满足用户对建筑功能层面提出的多样化需求，带转换层的高层建筑由于底部有较大的空间，目前已被广泛应用于底部为餐厅、商店、机房、车库而上部为住宅、公寓、饭店和综合楼的多、高层建筑中。其中，梁式转换层是应用最为广泛的转换结构形式，其施工方便且可节约建设成本，同时结构传力途径明确，可有效提高高层建筑结构设计的整体质量。为此，专业人员需要对高层建筑梁式转换层结构设计的原则进行分析，并结合工程实例进行针对性探究，保证梁式转换层结构设计水平全面提高。
关键词：高层建筑；结构设计；梁式转换层
引言
当高层建筑上部楼层部分竖向构件由于底部空间需求不能直接贯通落地时，应设置结构转换层，使其形成带转换层的高层建筑，转换层的转换构件可以采用转换梁、桁架、箱型结构、斜撑、厚板等，其中最广泛应用的为转换构件为转换梁，根据上部被转换的竖向构件的不同（框架柱或剪力墙）转换梁又分为托柱转换梁和框支梁两种形式，两者在受力性能、内力及配筋计算、构造措施上有较大区别，因此在结构设计中应明确转换梁的类别，区分规范对不同转换梁设计要求，掌握梁式转换层结构设计的主要原则，针对梁式转换层的相关参数进行优化，充分发挥梁式转换层对建筑结构的优势，确保设计合理完善。
1工程实例
某旧改小区内三栋建筑物呈三角形分布。均为地上21层，地下2层。三栋楼的底部五层裙房为商业，3层及以上为住宅，地下室为停车库和设备用房，抗震设防烈度6度。
2高层梁式转换层结构设计的主要原则
2.1控制底部竖向构件数量
在转换结构的设计中，由于要确保下部空间利用最大化，需要尽可能减少竖向构件。但也需要合理的控制框支柱的数量和尺寸，以及落地剪力墙的间距，避免在转换层刚度突变，同时可以保证传力直接，减少间接传力，以保证建筑结构整体的抗震性能。
2.2合理进行平面及竖向结构布置
在对复杂高层进行结构布置时应秉承平面对称、竖向均匀的设计原则，在平面布置中，由于转换结构本身已存在竖向抗侧力构件不连续这一不规则项，因此合理布置平面，减少平面不规则项关系到结构是否需要进行超限审查及超限设计，对工程的工期及造价有极大影响；在竖向布置上，转换层的设置位置影响到结构底部加强部位的高度及其抗震等级，对结构经济性和安全性有较大影响，同时要保证转换层上下结构刚度变化不发生突变。
2.3控制转换层上、下层等效刚度比
当结构刚度在转换层处发生突变时，水平作用会导致转换层上、下部结构内力产生突变，易使部分构件提前破坏，当转换层位置过高时，这种影响会进一步加剧，因此为保证结构抗震安全，防范内力和层间位移角突变等情况，需要合理控制转换层上、下等效侧向刚度比，强化转换层下部的框支层刚度，适当弱化转换层上部刚度，使上下结构部分变形协调一致，具体可由优化构件截面来达到这一目的，如增加转换梁截面尺寸、增加转换层楼板厚度、保留落地剪力墙数量、适当提高混凝土强度等，以保证下部框支层有足够的承载能力和抗震性能。
3梁式转换层结构设计实例分析
3.1结构选型
本文案例中，由于是旧改小区，场地大小受限，为实现下部商业、上部住宅的设计需求，同时也为了给商业争取更大空间，满足使用功能要求，上部楼层的部分竖向构件不能直接连续贯通落地，需在3层设置转换层。
对所有的转换形式进行合理分析后，可知目前常见的转换模式包括箱形转换、厚板转换、与转换梁三种形式，其中厚板转换刚度大、调整变形和受力能力较强、可使结构上、下竖向构件灵活布置，但传力不直接、不合理，自身的刚度具有明显的突变效果，造成整体的抗震能力明显下降，因此常用于6度抗震设计或7、8度地下室转换设计；箱形转换有整体性好、受力明确、节省材料等优点，缺点是刚度突变严重，不宜用在楼层较高部位，且竖向转换构件受力较大，大震作用下易首先进入塑性状态甚至破坏，同时施工也较为麻烦；梁式转换层结构中转换构件受力明确，设计方案较为简单，与前两种设计方案相比较，梁式转换层不仅更为节约成本，而且内部空间的设计也更加灵活，可以充分满足不同的布线需求。综合考虑，本例中选择梁式转换形式，形成上部为剪力墙、下部为落地剪力墙和框支框架组成的部分框支剪力墙结构，3层为转换层，1层~5层为底部加强部位，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（简称《高规》）10.2.6条规定，转换层设置在3层及以上时，底部加强部位的剪力墙及框支柱抗震等级提高一级，故本工程剪力墙在底部加强部位抗震等级二级，框支柱抗震等级一级，框支梁抗震等级二级，6层以上剪力墙抗震等级四级。
3.2抗震分析与设计
在梁式转换结构设计中，首先要对框支梁、框支柱的截面尺寸进行合理控制，通常情况下，框支梁截面高度不宜小于计算跨度的1/8，梁宽不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，且不宜小于梁上墙体厚度2倍及400mm，框支柱截面高度不宜小于框支梁跨度的1/12。
在结构计算中，需要考虑规范对转换构件的特殊规定，进行内力调整以保证转换构件的设计安全度，并使其具有良好的抗震性能：本例中框支梁抗震等级二级，框支柱抗震等级一级，《高规》10.2.6条与10.2.11条规定，应对框支梁的水平地震作用进行单工况放大1.3倍，对框支柱由地作用产生的轴力放大1.5倍，且柱上端和底层下端的弯矩组合值放大1.5倍。同时，二级落地剪力墙底部加强部位弯矩设计值应乘以增大系数1.3，并按普通剪力墙的方式调整其剪力设计值。
对于梁式转换结构的计算分析结果，应注意控制以下参数指标以满足《高规》第10章的要求：转换层设置在2层以上时，按规范3.5.2计算的侧向刚度比不应小于0.6，按E.0.3计算的转换层下部与上部的等效侧向刚度比不应小于0.8；每层框支框架承担的地震倾覆力矩均应小于总地震倾覆力矩的50%；本案中框支柱数量多于10根，转换层位于3层，每层框支柱承受剪力之和应至少为基底剪力的30%。当计算结果不满足以上要求时，应调整结构布置或调整剪力系数。
在设计阶段需要重点关注框支梁、框支柱与一般梁柱不同的构造要求，根据《高规》10.2.7、10.2.10条规定，本例中的二级框支梁上、下部纵筋最小配筋率不应小于0.3%，箍筋加密区的直径不应小于10mm，间距不应大于100mm，箍筋最小面即配筋率不应小于1.1ft/fyv。当框支梁为偏拉构件时，梁支座上部纵筋应有至少50%全长贯通，腰筋直径不小于16mm，间距不大于200mm；一级框支柱纵筋最小配筋率不应小于1.15%，箍筋采用井字复合箍，全高加密，直径不应小于10mm，间距不应大于100mm及6倍最小纵筋直径的较小值，配箍特征值需比普通框架柱要求的数值增加0.02，体积配箍率不应小于1.5%。
结语
在高层建筑梁式转换结构层设计中，需要保持相应的原则，根据建筑结构的实际情况进行分析与控制，选择最佳的平面或者空间程序，有效减少不必要的计算工作量，提高设计的整体效果。同时，要尽可能对计算结果全面优化，确保梁式转换层高层建筑结构设计符合标准规范，以此提高设计的整体控制质量。
参考文献：
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