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摘要：針對某高層建筑實際情況，對其轉換層技術方案、結構整體設計與轉換梁設計進行深入分析，以此為同類工程項目的設計提供參考借鑒。關鍵詞：高層建筑；梁式轉換層；建筑結構設計前言在高層建筑中，轉換層結構有重要作用，是保證功能正常發揮和建筑正常使用的關鍵構件，同時也是建筑結構設計過程中的重點，應引起相關設計人員的高度重視，以保證設計的合理性。

1工程概況

某高層建筑總建筑面積約2.6萬m2，地上22層，設1層地下室，其中，地上1層至地上4層主要用于商業，地上1層的層高為5m，地上2層至地上4層的層高為4m，結構形式為框筒結構。地上5層至地上20層主要用于居住，層高均為3m，結構形式為剪筒結構。地上21層至地上22層的層高均為3m，為屋面水箱與電梯機房。按照以上設計形式，需在地上4層和地上5層中間布置轉換層，并作為建筑的設備層。現圍繞本高層建筑實際情況，對其結構設計作如下深入分析。

2高層建筑結構轉換層技術方案

在高層建筑中，轉換層形式主要有以下幾種：箱形轉換層、梁式轉換層、桁架式轉換層與板式轉換層，以上轉換層均可產生較大的空間，對結構類型或者是軸線進行轉換。上述幾種轉換層結構中，以梁式轉換層的實際受力最為明確，無論是設計還是施工均較為簡單，在目前得到了十分廣泛的應用；另外，轉換梁上實際受力相對較小的部分，可按照設計要求開洞，用于滿足不同的功能要求，為綜合管線布置創造便利。基于此，本高層建筑主要選用梁式轉換層結構。該轉換層的高度為2.5m，梁體的上端、下端和樓板直接相連，上、下層樓板的厚度分別為200mm和300mm[1]。剪力墻直接被轉換梁承托。結構主要采用C40混凝土。其截面尺寸采用以下公式進行計算和確定：Vmax≤0.17fcbh0/γRE（1）式（1）中，Vmax表示轉換梁支座截面最大剪力組合設計值；γRE表示抗震調整系數；fc表示軸心抗壓強度；b表示轉換梁的截面寬度；h0表示轉換梁的有效高度。經計算，本高層建筑轉換梁的截面寬度為900mm，有效高度為2500mm。

3高層建筑結構整體分析

對轉換梁而言，它屬于典型的桿件，能直接視作梁單元在高層建筑整體結構分析過程中使用，將梁體軸線確定在上層樓板，樓板的下方為轉換層結構[2]。為有效避免由于豎向剛度變化較大產生薄弱層，在設計過程中應充分考慮剛度比，在沒有特殊要求的情況下，剛度比應接近1：γ=Gi+1Ai+1hiGiAihi+1（2）式（2）中，Gi表示第i層結構的剪變模量；Gi+1表示第i+1層結構的剪變模量；Ai表示第i層抗剪截面在折算后的面積；Ai+1表示第i+1層抗剪截面在折算后的面積；Aw表示沿計算方向剪力墻結構截面積；Ac表示柱截面積；hi表示第i層層高；hi+1表示第i+1層層高。按照上述要求和規定，處在轉換層結構以下的柱，其截面尺寸確定為1100mm×1100mm，剪力墻結構的厚度為500mm和450mm，采用C45混凝土；處在轉換層結構以上的剪力墻，周圍剪力墻結構厚度為350mm，內部剪力墻結構厚度為250mm，采用C45混凝土。采用式（2）對x、y兩個方向上的剛度比進行計算，結果為1.73與1.51。從計算結果可以看出，結構的第一到第三自振周期分別為：在x方向上，第一到第三自振周期分別為1.537s、0.449s和0.224s；在y方向上，第一到第三自振周期分別為1.717s、0.515s和0.275s[3]。

4高層建筑轉換梁設計

對于轉換梁結構，其直接承托處在轉換梁上部的剪力墻，受力相對較大，對保證結構穩定性與安全性有重要作用，為關鍵構件。由于轉換梁的跨度在8.05~9.00m范圍內，截面高2.5m，且跨高比在3.22~3.60范圍內，所以為典型的連續短梁。因現行規范并未給出連續短梁的承載力計算與分析方式，所以應進行試驗分析與研究[4]。

4.1結果與分析

將按1：5的比例縮小的轉換梁作為試驗梁，其截面尺寸與配筋如圖1所示。從從試驗梁的試驗分析結果可以看出：（1）在正截面上產生的平均應變，能滿足平截面基本假定。（2）對于斜裂縫，先在加載點到中支座的內剪跨區段的梁腹中部產生，為典型的腹剪式斜裂縫，經發展后，變成臨界式斜裂縫。（3）頂部縱筋與底部縱筋在梁長方向上的應變如圖2所示。從以上結果可以看出，斜裂縫產生以前，應變分布和彎矩圖基本保持一致；而斜裂縫產生以后，和彎矩圖有很大的差別，這說明梁中應力出現重分布；在到達臨界破壞狀態后，底部縱筋在梁長方向上將處在受拉的狀態，同時對于頂部縱筋，其在內剪跨中，同樣也處在受拉的實際狀態[5]。（4）當試驗梁發生破壞時，在內剪跨區段中，直接穿越整個臨界斜裂縫區域的箍筋，將開始受拉屈服，使剪壓區中的混凝土發生壓疏；在外剪跨區段當中，箍筋實際應變只有屈服應變的一半左右，這一區域內的混凝土不會發生壓疏。（5）當試驗梁發生破壞時，直接穿越整個臨界斜裂縫區域的腹筋，其拉應變只有屈服應變一半，由此可以看出，腹筋并未發揮其應有的強度與作用。（6）對試驗梁而言，其相對撓度可以達到1/526，這在很大程度上說明轉換梁具有一定抗彎剛度。

4.2承載力的計算

根據以上第一條試驗結果，對于轉換梁結構正截面上的受彎承載力，其計算可直接按照普通梁進行。根據以上第四條和第五條試驗結果，對于轉換梁結構斜截面上的受剪承載力，由箍筋與混凝土負責承擔，腹筋對斜截面上的承載力有11%左右的貢獻。基于此，在實際的設計過程中，對腹筋作用可不予考慮。

4.3構造要求

根據以上第三條試驗結果，為有效保證縱筋充分發揮拉桿作用與效果，以此形成穩定的受力體系，處在底部的縱筋一般不允許在跨中產生截斷與彎起，需要伸入到支座當中，同時有穩定可靠的錨固；而處在頂部的縱筋，跨中周圍不能過早發生截斷，在條件允許的情況下進行通長布置[6]。對于轉換梁結構，且截面尺寸相對較大，在梁高方向上需配置腹筋，腹筋能提供受剪及受彎承載力，這樣無論是減少收縮還是延緩開裂，都具有重要作用。截面尺寸主要根據剪壓比進行控制，根據以上第二條試驗結果，同時結合深梁及腹梁等的截面尺寸規范要求，轉換梁的實際截面尺寸必須符合式（1）要求。

5結束語

通過以上分析可得，梁式轉換層結構的受力十分明確，而且在設計與施工上也較為簡單；本高層建筑所用轉換梁結構為典型的連續短梁，無論是構造要求、受力性能還是承載力的設計計算，都和普通梁存在很大的不同，需要在設計過程中予以特別重視，保證設計的合理性與可行性。

參考文獻

[1]姚建勇.有梁式轉換層的高層建筑結構設計研究[J].低碳世界，2016（34）：168~169.

[2]肖禮斌.有梁式轉換層的高層建筑結構設計與研究[J].建材與裝飾，2014（41）.

[3]候楠.有梁式轉換層的高層建筑結構設計分析[J].居舍，2017（24）：20~22.

[4]李云.有梁式轉換層的高層建筑結構設計與研究[J].低碳世界，2016（24）：150~151.

[5]覃永敘.有梁式轉換層的高層建筑結構設計[J].中華民居（下旬刊），2013（9）：36~37.

[6]劉志學.有梁式轉換層的高層建筑結構設計[J].房地產導刊，2013（21）：21~23.

作者：謝興華 單位：華藍設計（集團）有限公司