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摘要:本文从梁式转换层的主要结构形式及受力特点、受力机理，分析了梁式转换层的设计方法，提出了设计要点，并且对梁式转换层施工提出了一些施工要点，供同行参考。
关键词:高层建筑;转换层;结构设计
Abstract: this article from the main conversion layers of beam structure form and mechanical characteristics, stress mechanism, analyzes the type conversion layers of beam design method, put forward the design key points, and the beam type conversion layer construction put forward some key points of construction, refers for the colleague.
Keywords: high building; Conversion layers; Structure design
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
一、概述
近几年来，国内外高层建筑发展迅速，上部是住宅、旅馆，中部为办公用房，下部用作商场、餐馆等，多功能及综合性用途的高层建筑己经愈来愈多。楼层建筑功能的改变，往往需要改变竖向结构型式或改变柱网轴线，甚至两者都改变。这样，在竖向结构体系发生变化的楼层就要设置转换层，转换层也称为过渡层。
二、 梁式转换层的主要结构形式及受力特点
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。
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、分析和設计，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。
三、梁式转换结构受力机理分析
梁式转换层结构的传力途径为墙一梁一柱的形式，传力直接而且方便简化计算。转换梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影响。已有文献对转换梁结构与上部墙体共同工作方式中已对转换梁承托层数对梁内力的影响进行用分析，研究结果得出，对一般结构转换大梁，上部墙体考虑二层与考虑4-5层内力的设计控制内力差异控制在5%之内，所以在分析计算时叫只考虑计算3层。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小的多。
四、梁式转换层设计方法选择
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有关。当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截而尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截而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而设计，当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，其截面设计宜采用深梁法或应力法，计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置;当转换梁承托上部墙体满跨开口较多，门窗洞或不满跨但剪力墙较长时，也宜采用深梁法或应力法，但纵向钢筋的布置则沿梁下部适当分布配置。
五、梁式转换层设计要点
首先，要保证人空间层有充分的刚度，防止沿竖向上下刚度变化过大。须控制落地剪力墙的间距和转换层楼板的厚度。
其次，尽量避免转换层与下部结构竖向刚度产生突变，对下部结构在满足建筑物使用功能要求的基础上，应提高下部结构的截面尺寸，增加剪力墙、提高混凝土的强度等级，一般转换层混凝土强度等级应不低于C30。
再次，严格控制转换层上下刚度比"γ" 。当建筑物有抗震要求时，γ应尽量接近于1，不应大于2。
γ=(G(i+1)×A(i+1))/(Gi×Ai )×hi/h(i+1)
G: 剪切变形模量 G=0.425E;A=[Aw+0.12Ac]
AW—在所计算方向上剪力墙面的全部有效截面面积
Ac—全部柱的截面面积
最后必须控制框支剪力墙与落地剪力墙的比例，当剪力墙较多而且考虑抗震时，横向落地剪力墙数目与横向墙总数之比不宜少于50%，非抗震时不宜少于30%。而且必须充分考虑转换梁与上部结构共同工作的程度，通常分为完全、部分和没有共同工作三种情况来分析，否则会造成梁的跨中弯矩和支座剪力与实际情况发生很大差异。
六、梁式转换层施工的重点和难点
模板支撑系统、钢筋的连接与绑扎、混凝土浇筑及裂缝控制,具体如下:
1.因转换梁截面尺寸大,转换层的混凝土与钢筋自重以及施工荷载非常大,因此如何确定转换层梁板模板的支撑系统是转换层施工的重点之一,必须保证支撑系统的承载力和整体稳定性。
2.转换梁的配筋量大、主筋长、布置密,在梁柱节点区钢筋更是纵横交错。因此,如何正确地翻样和下料,保证钢筋位置和数量的正确是钢筋施工的关键。
3.转换梁的截面较大,梁柱节点的核心区钢筋纵横交错,钢筋间距小,混凝土自由下落困难,且易产生温度及收缩裂缝。因此,如何保证混凝土顺利浇筑和防止裂缝的产生是保证混凝土施工质量的关键。
七、梁式转换层施工要点
1.大体积混凝土和钢筋密集部位混凝土的浇捣要点
转换层的梁、柱钢筋分布密集,且为大体积混凝土,对混凝土的施工要求特别高。为了提高混凝土的流动性,便于高密度钢筋混凝土的浇捣,同时控制混凝土水泥用量、降低水化热,而且,掺合料最好使用细石混凝土,并选用细度模数在2.5以上的中砂,严格控制好搅拌时间,保证混凝土的施工质量。
2.模板工程施工要点
梁、板的模板安装,为保证大截面梁模板的刚度和强度符合要求,梁下支撑的门式架间距必须按实际受力情况进行计算后确定,并采用≠48钢管作水平拉杆及剪力撑。此外,梁底的承重木枋必须全部采用经过挑选的完好木枋。截面较高的梁,侧模安装应在梁中部加钢螺栓,其间距及排距必须经受力计算后确定。再用≠48钢管作侧模的水平杠,做法与剪力墙基本相同。这样才能保证大截面梁的模板安装质量。
3.钢筋工程施工要点
钢筋抽料应严格按施工图及规范的要求计算。柱梁节点处钢筋密集,交错的部位必须先给出钢筋布置图后再严格按规范设置。钢筋下料前必须严格对钢筋抽料表进行复核。超密集部位的钢筋施工,应在施工现场先放样后再进行安装,做到合理安排钢筋就位次序。为保证保护层厚度,采用坚硬的花岗岩石板碎块作垫块,间距1.0m,统一垫在箍筋下,在梁骨架就位前放置。
八、结语
梁式转换层结构要承受上面各层的全部荷载，因此施工过程中必须严格控制好施工质量，有切实的质量保证措施，精心施工，才能避免出现质量问题。
参考文献：
[1] JGJ3—2002《高层建筑混凝土结构技术规程》.
[2] 唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工［M］.北京:中国建筑工业出版社，2002年.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:高层建筑;转换层;结构设计
Abstract: this article from the main conversion layers of beam structure form and mechanical characteristics, stress mechanism, analyzes the type conversion layers of beam design method, put forward the design key points, and the beam type conversion layer construction put forward some key points of construction, refers for the colleague.
Keywords: high building; Conversion layers; Structure design
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
一、概述
近几年来，国内外高层建筑发展迅速，上部是住宅、旅馆，中部为办公用房，下部用作商场、餐馆等，多功能及综合性用途的高层建筑己经愈来愈多。楼层建筑功能的改变，往往需要改变竖向结构型式或改变柱网轴线，甚至两者都改变。这样，在竖向结构体系发生变化的楼层就要设置转换层，转换层也称为过渡层。
二、 梁式转换层的主要结构形式及受力特点
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。
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、分析和設计，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。
三、梁式转换结构受力机理分析
梁式转换层结构的传力途径为墙一梁一柱的形式，传力直接而且方便简化计算。转换梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影响。已有文献对转换梁结构与上部墙体共同工作方式中已对转换梁承托层数对梁内力的影响进行用分析，研究结果得出，对一般结构转换大梁，上部墙体考虑二层与考虑4-5层内力的设计控制内力差异控制在5%之内，所以在分析计算时叫只考虑计算3层。从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小的多。
四、梁式转换层设计方法选择
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有关。当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截而尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截而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而设计，当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，其截面设计宜采用深梁法或应力法，计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置;当转换梁承托上部墙体满跨开口较多，门窗洞或不满跨但剪力墙较长时，也宜采用深梁法或应力法，但纵向钢筋的布置则沿梁下部适当分布配置。
五、梁式转换层设计要点
首先，要保证人空间层有充分的刚度，防止沿竖向上下刚度变化过大。须控制落地剪力墙的间距和转换层楼板的厚度。
其次，尽量避免转换层与下部结构竖向刚度产生突变，对下部结构在满足建筑物使用功能要求的基础上，应提高下部结构的截面尺寸，增加剪力墙、提高混凝土的强度等级，一般转换层混凝土强度等级应不低于C30。
再次，严格控制转换层上下刚度比"γ" 。当建筑物有抗震要求时，γ应尽量接近于1，不应大于2。
γ=(G(i+1)×A(i+1))/(Gi×Ai )×hi/h(i+1)
G: 剪切变形模量 G=0.425E;A=[Aw+0.12Ac]
AW—在所计算方向上剪力墙面的全部有效截面面积
Ac—全部柱的截面面积
最后必须控制框支剪力墙与落地剪力墙的比例，当剪力墙较多而且考虑抗震时，横向落地剪力墙数目与横向墙总数之比不宜少于50%，非抗震时不宜少于30%。而且必须充分考虑转换梁与上部结构共同工作的程度，通常分为完全、部分和没有共同工作三种情况来分析，否则会造成梁的跨中弯矩和支座剪力与实际情况发生很大差异。
六、梁式转换层施工的重点和难点
模板支撑系统、钢筋的连接与绑扎、混凝土浇筑及裂缝控制,具体如下:
1.因转换梁截面尺寸大,转换层的混凝土与钢筋自重以及施工荷载非常大,因此如何确定转换层梁板模板的支撑系统是转换层施工的重点之一,必须保证支撑系统的承载力和整体稳定性。
2.转换梁的配筋量大、主筋长、布置密,在梁柱节点区钢筋更是纵横交错。因此,如何正确地翻样和下料,保证钢筋位置和数量的正确是钢筋施工的关键。
3.转换梁的截面较大,梁柱节点的核心区钢筋纵横交错,钢筋间距小,混凝土自由下落困难,且易产生温度及收缩裂缝。因此,如何保证混凝土顺利浇筑和防止裂缝的产生是保证混凝土施工质量的关键。
七、梁式转换层施工要点
1.大体积混凝土和钢筋密集部位混凝土的浇捣要点
转换层的梁、柱钢筋分布密集,且为大体积混凝土,对混凝土的施工要求特别高。为了提高混凝土的流动性,便于高密度钢筋混凝土的浇捣,同时控制混凝土水泥用量、降低水化热,而且,掺合料最好使用细石混凝土,并选用细度模数在2.5以上的中砂,严格控制好搅拌时间,保证混凝土的施工质量。
2.模板工程施工要点
梁、板的模板安装,为保证大截面梁模板的刚度和强度符合要求,梁下支撑的门式架间距必须按实际受力情况进行计算后确定,并采用≠48钢管作水平拉杆及剪力撑。此外,梁底的承重木枋必须全部采用经过挑选的完好木枋。截面较高的梁,侧模安装应在梁中部加钢螺栓,其间距及排距必须经受力计算后确定。再用≠48钢管作侧模的水平杠,做法与剪力墙基本相同。这样才能保证大截面梁的模板安装质量。
3.钢筋工程施工要点
钢筋抽料应严格按施工图及规范的要求计算。柱梁节点处钢筋密集,交错的部位必须先给出钢筋布置图后再严格按规范设置。钢筋下料前必须严格对钢筋抽料表进行复核。超密集部位的钢筋施工,应在施工现场先放样后再进行安装,做到合理安排钢筋就位次序。为保证保护层厚度,采用坚硬的花岗岩石板碎块作垫块,间距1.0m,统一垫在箍筋下,在梁骨架就位前放置。
八、结语
梁式转换层结构要承受上面各层的全部荷载，因此施工过程中必须严格控制好施工质量，有切实的质量保证措施，精心施工，才能避免出现质量问题。
参考文献：
[1] JGJ3—2002《高层建筑混凝土结构技术规程》.
[2] 唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工［M］.北京:中国建筑工业出版社，2002年.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。