| 标题 | 浅谈梁式转换层结构的设计与构造要求 |
| 范文 | 刘丽春 易义东 摘 要：由于建筑结构设置了转换层，沿建筑物高度方同刚度的均匀性会受到很大的破坏，导致传力路线曲折，决定了转换层结构不能以通常结构来进行分析和设计。本文介绍了梁式转换层的主要结构形式及受力特点，分析了梁式转换层结构的设计与构造要求。 关键词：转换层；受力特点；设计与构造 1 梁式转换层的主要结构形式及受力特点 1.1 梁式转换层的主要结构形式 实际工程应用中转换梁的结构形式有多种多样，从跨数上，可分为单跨、双跨及多跨;从上部墙体形式上，可分为满跨和不满跨、开洞和不开洞及开门洞和开窗洞；从转换梁功能上，可分为托墙和托柱；从转换梁形式上，可分为加腋和不加腋；从转换梁结构采用材料上，又可分为钢筋混凝土、预应力混凝土和钢骨混凝土、钢结构等。 1.2 梁式转换层的受力特点 梁式转换层结构传力途径采用墙(柱)——转换梁——柱(墙)的形式，具有传力直接、明确和传力途径清楚的优点，便于工程计算、分析和设计，且造价较节省。转换梁具有受力性能好、工作可靠、构造简单和施工方便的优点，结构计算也相对容易。研究表明，作为梁式转换层的主要受力构件——转换大梁，其受力形式与受力大小受上部结构形式、转换梁上下层相对刚度、转换梁的位置等因素的影响。在这些因素影响下，带有转换层的结构在水平荷载下将表现出不同的受力性能。分析表明，无论转换梁上部墙体的形式如何，只要墙体存在一定长度，转换梁中的弯矩就会较不考虑上部墙体作用的要小，相应墙体下的转换梁就有一段范围内出现受拉区。转换梁的最终受力状态由墙、转换梁作为一个整体共同弯曲变形和拱的传力作用综合影响。 墙、转换梁作为一个整体共同弯曲变形，转换梁处于这整体弯曲的受拉翼缘，若单独分析转换梁，其所受的弯矩由于剪力墙的共同工作而大大降低，同时，由于处于受拉翼缘，应力积分后转换梁中就会出现轴向拉力。由于竖向传力拱作用的存在，使上部墙体上的竖向荷载传到转换梁时，很大一部分荷载以斜向荷载的形式作用于梁上，若将这斜向荷载分解为垂直和水平等效荷载形式，则垂直荷载作用下的弯矩肯定要比不考虑墙体作用时要小，在水平荷载作用下，就形成了转换梁跨中一定区域受轴向拉力，而支座区域受轴向压力的现象。 2 梁式转换层结构的设计与构造要求 由框支主梁承托转换次梁及次梁上的剪力墙，其传力途径多次转换，受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需要承受梁传给的剪力，扭矩和弯矩，框支主梁易受剪破坏。这种方案一般不宜采用，但考虑到实际工程中会遇到转换层上部剪力墙平面布置复杂的情况，B级高度框支剪力墙结构不宜采用框支柱、次梁方案；A级高度框支剪力墙结构可以采用，但设计中应对框支梁进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。对于有抗震设防要求的建筑，为了改善结构的受力性能，提高其抗震能力，在进行结构平面布置时，可以将一部分剪力墙落地，并贯通至基础，做成落地剪力墙与框支墙与剪力墙协同工作的受力体系。 2.1 转换梁的截面设计方法 普通梁截面设计方法。直接取用高层建筑结构计算分析程序(如TBSA, PKPM系列、TAT等)计算出的转换梁内力结果，按普通梁进行受构件承载力计算。 偏心受拉构件截面设计方法。在《高层建筑混凝上结构技术规程》中，规定"框支梁为偏心受拉构件，按《混凝土结构设计规范》规定设计，即偏心受拉构件进行截面设计。 按偏心受拉构件进行截面设计的关键是如何将有限元分析得到的转换梁截面上的应力换算成截面内力，但这是一种比较麻烦的事情。分析表明，根据转换梁的截面内力(M,N)按偏心拉构件进行正截面承载力计算，根据(V)进行斜截面受剪承载力计算。在没有条件对梁式转换层结构进行有限元分析时，可采用有关表格计算转换梁的截面内力。 深梁截面设计方法。实际工程中转换梁的高跨比h/1=1/8-1/6，因此转换梁是一种介于普通梁和深梁之间的梁，尤其是框支转换梁，其受力和破坏特征类似于深梁。当转换梁承托的上部墙体满跨或基本满跨时，转换梁与上部墙体之间共同工作的能力转强，此时上部墙体和转换梁的受力如同一倒T形深梁，转换梁为该组合深梁的受拉翼缘，跨中区存在很大的轴向拉力，此时转换梁就不能按普通梁进行截面设计，但如果将倒T形深梁的受拉区部分划出来按偏心受拉构件进行截面设计，计算出的纵向受力钢筋的配筋量偏少，不满足承载力的要求。 根据圣维南原理，影响转换梁受力特征的墙体高度应和转换梁的跨度有关，转换梁跨度越大，上部墙体的高度就应取得越高。分析表明:当转换梁承托的上部墙体满跨或基本满跨时，转换梁与上部墙体之间共同工作的能力较强，此时上部墙体和转换梁的受力特征如同一倒T形深梁，转换梁为该组合深梁的受拉翼缘，跨中存在很大的轴向拉力，此时转换梁宜按倒T形深梁进行截面设计。 应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析得到的结果是应力及其分布规律，为能直接应用转换梁有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，假定：(1)不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担；(2)钢筋达到其屈服强度设计值。(3)受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值。 转换梁截面设计方法的选择。转换梁截面设计方法的选择与其受力性能和转换层的形式相关。 托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面设计方法进行配筋计算。当转换梁承托上部斜杆框架时，转换梁将承受轴向拉力，此时应按偏心受拉构件进行截面设计。 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，目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。 2.2 框支柱的设计与构造要求 地震作用下框支柱内力需调整:抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数，并按放大后的弯矩设计值进行配筋;有地震组合时，一级、二级框支柱承受的地震作用产生的轴力设计计算值分别乘以1.50, 1.25的调整放大系数;剪力调整:框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用:框支柱的数目不多于10根时，当框支层为1-2层时，每层第根柱承受的剪力应至少取基底剪力的2%;当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%;框支柱的数目多于10根时，当框支层为1-2层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20%;当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%;框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。 框支柱全部纵向钢筋配筋率，抗震等级一级时一不小于1.2%，二级时不小于1.0%,三级时不小于0.9%、四级及非抗震设计时不小于0.8%。纵向钢筋间距抗震设计时不大于200mm，且不小于80mm，全部纵向钢筋配筋率不宜大于4%。框支柱箍筋应沿框支层全高加密。加密区体积配箍率抗震等级一级、二级不小于1.5%，三、四级时不小于1.0%;框支柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍，箍筋直径不应小于10mm，间距不小于1OOmm和6倍纵向钢筋直径的较小值。非抗震设计时，框支柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍，箍筋体积配箍率不宜小于0.8%，箍筋直径不应小于1Omm，间距不小于150mm。框支柱节点区水平箍筋原则上可同柱箍筋配置，当框支梁、转换梁腰筋配置及拉通可靠锚固时，可按构造要求设置水平箍筋、拉筋。 参考文献 [1]唐兴荣，高层建筑转换层结构设计与施工[M].中国建筑工业出版社，2002. [2]祝伟吕，浅谈转换层结构设计和施工，广西大学学报，2005. [3]李镇华，高层建筑转换层设计应用[J].《福建建筑》，2006. |
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