高层建筑转换层结构设计探讨

摘要：本文从高层建筑转化层的设计原则、类型和结构的特点入手，对转换层设计的要点以及其中中重要构件的设计原则进行了详细的探讨。

关键词：高层建筑；转换层；设计

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

作为高层建筑结构的重要组成部分之一，转换层的设计应该注重和建筑整体设计的配合，并根据工程特点以及计算中不明确因素，来科学合理地选择设计方案，以确保设计方案的科学性、全面性，减少建筑施工的难度和风险，保证高层建筑的质量。

1 转换层设计概述

转换层是当前高层建筑设计中重要的组成部分之一，其设计施工难度较大，需要注意的问题也较多，对设计的合理性有着较高的要求。

1.1 转换层的概念

高层建筑下部楼层受到的压力较大，上部楼层所受压力则相对较小，因此在正常的建筑结构中，应该在下部楼层设置较多的墙体和密集的柱网，以增加其刚度，到上部结构时逐渐减少其柱网和墙体的分布。然而一般来说，建筑功能的需要要求建筑底层留有较大的空间，而上部则应该设置较多的墙体。这就和建筑结构的受力要求有了一定的矛盾。因此，为了实现建筑结构对使用功能的要求，就应该设置建筑物上下部结构转换的构件，而构建所在的楼层就叫做转换层。

1.2 设计原则

由于在建筑中设置转换层，会导致建筑物在竖向刚度方面发生突变，因此不利于建筑结构的抗震功能，因此，在进行转换层设计之时应该注意以下的原则。首先应该尽量减少需要转换结构的竖向构件，转换结构的构件越少，所造成的刚度突变就越平缓，更加有利于建筑的抗震。其次，转换层在建筑物中的位置应该较低。另外应该对转换层的结构进行优化，使用传力路径明确的形式来设计转换层，以便于对结构进行分析和施工量的保证。另外，在能够满足建筑物经济和安全方面的要求之下，应该尽量减小转换的刚度。

1.3 结构特点

按照结构的不同来分，高层建筑的转换层能够分为衍架形式、梁-柱形式、厚板式转换等几个类型。其中梁-柱形式是最为常见的形式。

1.3.1 梁-柱式

梁-柱式一般在底部大空间的剪力墙结构中应用，其原理是将上部剪力墙放置于框支梁上，然后使用框支柱来进行框支梁的支撑。梁-柱结构施工设计均较为简便合理，是当前使用最广泛的结构设计形式。

1.3.2 厚板式

如果建筑网山下不之间的柱网有着较多的错位，难以使用梁柱来直接承托，则应该使用厚板式来进行设计。厚板的厚度设计可以依照上部荷载、柱网尺寸等因素来确定。厚板式的转换层其优点在于布置有着较大的灵活性，且施工较为便捷。

1.3.3 衍架式

如果高层建筑底部需要用于大空间的商场建设，而上部则要建设写字楼或者小空间的住宅，且必须进行管道设备层的设置，则应该使用衍架式的转换层。衍架式的优点在于在荷载和跨度较大的条件之下应用有着较高的经济合理性。然而这种方式有着较高的施工难度，对轴线错位布置也有着较高的难度。

2 转换层构件的设计

2.1 框支柱

框支柱其截面的尺寸主要由轴压比进行控制，还应该满足结构对于剪切比的要求。因此为了保证框支柱的延性，应该对其轴压比进行严格的控制。另外，这柱截面其延性和配筋率有着密切的关系，所以框支柱其配筋率应该比一般的框架柱有着较大的提升。另外，某些框支柱还会用来当做剪力墙的端柱，因此应该满足其约束边缘构件的配箍特征值大于0.2。为了增强框支柱的安全系数，在计算时应该将柱端弯矩和柱端剪力乘以安全系数。为了加强转换层和上下部楼层之间的连接，应该将框支柱之上墙体的纵筋延伸如上部楼层的墙体之内。

2.2 框支梁

一般来说，应该由剪压比来进行框支梁截面尺寸的控制，其宽度应该大于上墙厚度的2倍，高度应该大于计算跨度的1/6。框支梁既是建筑上下层之间传输荷载的枢纽，也是使框支剪力墙的抗震性能得到保证的关键，是建筑中重要的构件。因此在进行框支梁的设计时应该留有一定的安全储备。在能够使计算要求得到满足的前提之下，其配筋率应该大于0.8%。由于框支梁大多数为偏心受拉的 构件，承受有一定的轴力，因此在设计时应该对腰筋进行足够多的配置。框支梁受到的剪力一般较大，是重要的抗震构件，因此在具有一定的富余纵筋的情况下，还应该加强其箍筋的配置。

2.3 楼板

在转换层的结构设计中，楼板需要承担对上下部楼层的剪力进行重新分配的任务。另外转换层楼板有着平面之内形变和受力均比较大的特点，因此必须保证其有着足够的刚度。同时，为了使转换层的楼板能够顺利完成对剪力的重新分配，在设计中应该对转换层上下两层之内的楼板进行适当的加强。

3 设计中的要点

3.1 尽量实现低位转换

由于有转换层结构设置的高层建筑一般设计较为复杂，结构在竖向刚度方面有着一定的突变，再加上转换层附近的楼层其所受内力、刚度、形变等都会有着较大的突变，因此受力结构较为薄弱，不利于建筑物的抗震。所以，在建筑物转换层的设计时，应该宜低不宜高，尽量将转换层设置在较低的层位，尤其是对于抗震机构的设计更应该避免进行高位转换。

3.2 剪力墙和框支柱的布置

在高层建筑转换层的设计中，不管使用的是哪一种结构形式来进行设计，都应该保证剪力墙能够直接落地，另外，转换层之下的框支柱应该保持设计布置的疏密均匀，剪力墙和框支柱之间不应该有太大的距离。转换层上部的剪力墙结构应该使用大开间的布置方式设计。还应该强化下部楼层，以保证下部楼层中空间较大的结构能够保证足够的强度和刚度以及抗震的能力。转化层的平面设计方面应该保证转换梁的刚度以及在平面之外的稳定性。

3.3 转换梁的设置

由于框架柱和短肢剪力墙之间存在着对应的关系，短肢剪力墙之下的转换梁仅仅承受框架柱之外的短肢墙所引发的内力，而剩下大部分的内力都由框架柱来直接承受，而两端在框架柱之外的短肢墙引发了较大的建立。因此应该在转换梁两端加腋来实现建立的抵抗。这样既能够使结构设计到达建筑的要求，又能够保证转换层的有效空间。

3.4 上下轴网不错位

在结构设计中应该使上下轴网对齐，尽量避免错位。如果结构上下部之间的轴网结构发生错位，则只能使用厚板式来进行转换层结构的设置。厚板式结构有着较多的缺点，不仅在受力较差，在设计和施工方面也有着较大的难度，而且经济性较差。因此，为了尽可能避免使用厚板式的结构，就应该使上下轴网实现对齐，其对齐的比例较高，就能够使建筑转换层设计更加简单，其结构受力情况更加清晰明确，并且有着更好的经济效果。

3.5 局部应力的分析

由于转换层其结构和普通杆件有着较大的差别，其形状和受力均较为复杂，内部应力相对集中。因此在进行结构的设计时应该在对整体进行计算的前提之下，采取其他的元分析程序对其构件进行补充计算。对其各处所承受的应力进行详细的分析和计算，按照计算的结构来进行配筋。

4 结束语

随着我国城市化的飞速发展，当前社会对于高层建筑功能方面的要求也越来越高。从建筑功能上来说，建筑底部需要建设大开间的商场、餐厅等，而上部则多用于墙板、梁柱较多的住宅、办公等场所。为了在高层建筑中实现正阳的结构设计，就应该在建筑物的上下部之间设置转换层，以保证受力的正确传递。

参考文献：

[1] 黄钊，张涛，黄龙.高层建筑转换层结构设计与施工研究[J].华北水利水电学院学报. 2010，（02） .

[2] 王宏，白洋.高层建筑转换层结构设计与选型[J].黑龙江科技信息.2009，（17）.

[3] 刘跃平.高层建筑框支剪力墙转换层结构的设计[J].湖南工程学院学报（自然科学版）. 2008，（04）.

[4] 艾克然木·木合塔尔. 高层建筑梁、板式转换层结构设计方法研究[J].知识经济. 2011，（10）.

[5] 陈勇，赵雅娜，余海. 带转换层高层建筑现状和发展趋势[J].四川建筑. 2008（06）.