摘要：建筑行业的迅速发展，推动了建筑的设计形式和设计风格的发展，实现了建筑结构形式的创新。梁式转换层结构就是其中的典型代表。文章中对梁式转换层进行了简要分析，并对梁式转换层的原理和具体应用进行了阐述。通过对梁式转换层的结构设计要点进行分析，加深人们对梁式转换层的了解。
关键词：建筑结构；高层建筑；梁式转换层；结构设计
前言
梁式转换层是现代高层建筑结构的发展趋势之一。梁式转换层具有承上启下的功能，它的上部和下部可以采用不同结构类型，以满足不同的平面使用功能。所以，梁式转换层结构设计，可以使同一座建筑空间内共同存在的多种使用功能，让高层建筑物的结构设计变得更加合理，使用效果更加完善。
1梁式转换层的结构形式与受力情况
为了丰富建筑的使用功能，当代高层建筑内都会设有转换层，转换层形式结构也十分丰富。而在当代高层建筑当中，梁式转换层的应用比较广泛。这种转换形式转换构件受力明确，由墙、梁、柱共同构成传力途径，并依次进行力的传递，非常便于工程计算和分析；而且造价相对低廉，所以在建筑中应用广泛。目前，较为常用的梁式转换层是托梁转换层和双向梁格转换层。
梁式转换层的设计和构造都比较简单，下部空间大且灵活，容易满足建筑功能的要求；同时，还可以在转换梁上开设洞口，在受力较小的部位开设洞口，以便满足建筑功能和设备管道线布置的需求；这种设计使高层建筑的结构设计形式变得更加多样，也更具有科学合理性。不过梁式转换层也存在一定的弊端。因为高层建筑的转换层构件截面大，导致建筑物刚度发生突变，在水平地震荷载作用下，使转换层上下部分的建筑主体变得不稳定，成为建筑物的薄弱环节；这样一来，就形成了一种对抗震非常不利的结构，其空间受力会变得更加复杂，安全性会大大降低[1]。
转换梁是梁式转换层的核心受力构件，转换梁的材料和尺寸会影响其受力，而且上下层结构类型、剪力墙与梁的刚度比也会对转换梁受力造成影响。通过实践应用我们可以按照梁式转换层的受力特点、工作形式和应用方法，将转换梁按照不同的结构形式进行划分。具体形式如图1。
图1 梁式转换层结构形式示意图
2梁式转换层应用于高层建筑的设计原则
2.1减少高层建筑的纵向构件
在高层建筑当中采用梁式转换层结构设计，首先需要减少建筑整体的纵向部件。如果建筑空间内的纵向部件过多，那么可以进行转换的功能结构就会变少，从而，梁式转换层结构设计的刚性也会变小，这样会对梁式转换层结构设计的稳定性造成极大的影响，也会对整体建筑结构的稳定性和抗震结构设计造成影响，形成安全隐患。
2.2对称布置转换柱和剪力墙
为了保证建筑结构稳定性和美观性，必须根据建筑结构设计特点和技术规范进行各部件的布置。在布置转换柱和剪力墙时，需要根据实际情况准确测量转换柱和剪力墙的位置，尽可能保证剪力墙和转换柱处于对称位置。此外，转换柱的最佳放置位置就是转换梁的中间部位，这样可以保证转换梁发生变形时，转换柱的柱脚不会受到太大的影响，也不会使转换柱发生太大的形变。如果转换柱扭曲变形或发生剪切，那么会对梁式转换层的整体安全性造成影响，进而影响到建筑主体的安全。
2.3保证梁式转换层的结构刚度
梁式转换层的结构刚度高低会对整体建筑的刚度产生影响，如果刚度不达标那么会在一定程度上消减建筑物的抗震效果，对建筑安全造成极大威胁。所以，在梁式转换层的结构设计环节，一定要保证梁式转换层的刚度符合建筑要求。通常情况下，在进行梁式转换层时需要保证梁的高度比跨度大12%，而且需要使用性能最佳的混凝土施工（保证转换构件不因裂开破损等削减构件刚度），这样才可以保证转换层的刚度，使转换层可以满足建筑的安全性要求，可以实现功能转换。同时，在设计环节也必须充分考虑剪力墙和转换柱等受力构件的受力情况，确保两者吸收的地震力不会相差巨大，依据高规（JGJ 3—2010）10.2.16.7框支框架承担的地震倾覆力矩应小于结构总地震倾覆力矩的50％；设计师需要根据工程的实际情况，对剪力墙和转换柱的受力状况进行科学合理的分析，并根据相应的公式计算出受力数据，然后再进行方案设计，这样才能实现对转换层转换效果的保障。
2.4转换层结构位置不能过高
梁式转换层应用于建筑物中可以实现功能转换，增加建筑物使用的灵活度，但是受到转换层受力状况和刚度大小的影响，梁式转换层的位置不宜过高，研究得出，转换层位置较高时，更易使框支剪力墙结构在转换层附近的刚度、内力发生突变，并易形成薄弱层，其抗震设计概念与底层框支剪力墙结构有一定差别；转换层位置较高时，转换层下部的落地剪力墙及框支结构易于开裂和屈服，转换层上部几层墙体易于破坏，对建筑物的抗震效果会产生不良影响。如果建筑物有功能转换需求需要将转换层升高，必须根据实际情况，对不同抗震烈度的地区，转换成可设置的层高也不同，如八度时不宜超过3层等；并适当增加转换层的刚度并实现转换柱和转换梁性能的优化。所以，在梁式转换层结构设计环节，必须严格规划转换层的层高位置，确保其在合理的范围内，同时还需要严格限制落地剪力墙的间距，通过科学合理的规划保证转换层可以充分发挥作用且不会对建筑物的抗震设计造成影响。
2.5严格计算梁式转换层的结构
梁式转换层结构也被称为是梁式框支剪力墙结构，这种结构的合理性对建筑整体的安全性和实用性有着比较重要的影响，在整体建筑结构设计中是极为重要的环节。为此，在设计环节就需要对梁式转换层的各项参数进行精准测量和准确计算，确保设计方案的合理性。
当对梁式转换层进行设计时，如果平面为长矩形且横向剪力墙数量较多，那么就需要对剪力墙的数量进行对比。设计师需要采集落地剪力墙和横向剪力墙的数据信息，并计算二者之间的数量比值；在进行非抗震设计时，比值不宜少于30%；在进行抗震设计时，比值不宜少于50%[2]。而且还需要计算上下层的侧移角比。上下层结构侧移角之比是用来表示上下层刚度大小变化的量值，测算上下层侧移角之比并将其控制安全范围内，可以提升结构的稳定性，使内力进行直接有效的传递。上下层侧移角之比的计算公式为：
；其中γ表示侧移角比；Δui和Δui+1分别为第i层和第i+1层的层间侧移；hi和hi+1分别为第i层及第i+1层层高。
结论
随着社会经济水平发展和建筑技术的进步，高层建筑逐渐增多，梁式转换层结构设计的应用变得越来越广泛，建筑规划和设计水平也得到了提升。设计师需要根据建筑物的具体功能和需求对梁式转换层的结构进行严格设计，使梁式转换层结构布置合理，在保障建筑安全的前提下，让梁式转换层可以充分发挥作用。
参考文献
[1]张得果.探讨建筑结构设计中的梁式转换层结构设计[J].智能城市,2018,4(08):37-38.
[2]刘华丽,徐铁山.高层建筑梁式转换层结构设计原理及应用[J].建筑技术开发,2017,44(16):19-20.
论文作者:李泽佳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/3
标签：结构论文; 刚度论文; 结构设计论文; 建筑论文; 受力论文; 剪力墙论文; 建筑物论文; 《防护工程》2018年第35期论文;