探讨高层建筑结构转换层设计问题

【摘 要】随着社会的发展以及人们生活的需求，城市高楼越来越多，为了方便使用，很多高楼都会设置转换层。转换层设计作为高层建筑结构设计的关键，直接影响到高层建筑结构转换层设计质量与水平。

【关键词】高层建筑；结构转换层；设计问题

近年来，随着我国经济持续快速发展，人们对高层建筑功能要求趋向于多样化、综合化，较为常见的形式是以上部为小开间的民用住宅，下部为大开间的商场或公共娱乐场所。为满足建筑要求，在上下不同结构体系转换的楼层设置转换层，转换层建筑结构应运而生。本文主要研究高层建筑结构转换层类型，以某工程为例探讨高层建筑结构转换层设计要点，为建筑工程设计单位在高层建筑结构转换层设计方面的进一步开展提供借鉴。

1 常见高层建筑结构转换层类型

不同的建筑结构，其对于建筑结构转换层的需求类型是不一样的，在实际的建筑结构转换层设计过程中，设计单位需要根据本工程或者本建筑的实际需求，采用不同的建筑结构转换层，从而提高建筑工程的需求质量。笔者根据多年的建筑结构转换层设计经验，对于建筑结构转换层常见的类型进行了汇总。总体来讲，常见的建筑结构转换层主要是是以下两大类型：

1.1 梁式转换层

梁式转换层是一种常见常用的高层建筑结构转换层类型，它主要是将上部剪力墙结构设计在框支梁上，然后通过框支柱的支撑作用，使得框支柱可以最大限度的支撑起框支梁，从而形成一种完整的结构受力体系。梁式转换层分为两种，一种是纵向转换，一种是横向转换，特殊情况下，甚至还存在着纵横向同时转换的现象，对于这种纵横向同时转换的情况，设计单位需要采用双向梁布置的方式。这种纵横向同时转换方式，是具有着巨大的优点的，无论是对于设计还是对于施工来说，都是比较简单易行的，而且它的传力放向也是较为准确的，正是因为如此，这种梁式转换层设计结构逐步受到广大建筑设计单位的追捧，是当前我国高层建筑结构转换层设计中，最为常用的结构转换层形式之一。在实际的设计过程中，一般是需要采用较大空间的框支剪力墙结构体系来完成，从而提高梁式转换层设计质量。

1.2 箱式转换层

箱式转换层是另一种常见常用的高层建筑结构转换层类型，它主要是适用于转换梁截面过大的情况。转换梁截面过大，很容易使得楼板满足建筑结构的刚性需求，采用梁式结构的话，容易出现设计理论与实际需求相脱节的问题出现。为了避免这种情况发生，箱式转换层也就应用而生。箱式转换层主要受在转换梁梁顶部与转换梁的底部，同时设置一层楼板，这就是箱式转换层结构。箱式转换层结构不同于梁式转换层结构，它具有着梁式转换层所不具有的优点。箱式转换层结构的关键在于转换梁，它的转换梁的刚度比较大，而且约束性比较强，因此，箱式转换层结构的整体性受力效果也是很好的，尤其是在受力方面，箱式转换层结构上下部受力都是比较均匀的。同时，值得注意的是箱式转换层结构也是存在着缺陷的，那就是施工比较复杂而且它的施工工期比较长，施工成本也是比较大。

1.3 其他类型的转换层

除了以上两种最为常见的转换层之外，还有其他类型的转换层，例如厚板式转换层、桁架式转换层等，这些转换层结构由于无论是在施工上还是在设计上，无论是在经济效益还是在施工质量上，都存在着众多的缺陷，因此这些转换层的运用都是比较少的。

2 某工程高层建筑结构转换层设计

2.1 工程概况

该工程处于某城市的市中心，属于高层建筑商业住楼，建筑面积在2.8万平方米。该高层建筑商业住楼地上有22层，地下有2层，建筑的总体高度是70.4米。该建筑的平面较为复杂，一层和二层主要是由于空间比较大，主要是大型的商场，三层以上则主要是住宅用房，地下二层是设备备用房，地下一层是汽车房。该建筑的结构转换层主要是设置在二层顶楼，转换层以下为框支剪力墙机构，转换层以上为剪力墙结构。

2.2 计算模型

对于该工程进行高层建筑结构转换层设计，选择力学计算模型至关重要。力学计算模型直接关系到转换层设计的精确度与准确度。在实际的高层建筑结构转换层设计过程中，可以选用三种常用的力学计算模型，包括空间杆系模型、平面墙板模型、空间墙板模这三种。该建筑结构的计算模型主要是采用的TBSA空间分析程序，通过运用TBSA空间分析程序对于该建筑的整个建筑结构进行分析，其中的分析方法便是空间杆系模型。该建筑由于实际工程为空间结构，用平面墙板模型有其局限性，应采用空间墙板模型计算，用空问有限单元法分析，鉴于目前尚无空间有限元分析程序，可以在平面有限元分析结果的基础上乘以一个小于1的空间作用分配系数。

2.3 转换层设计

该建筑的转换层设计，需要严格按照规范，将剪力墙设置在框支架梁上，但是需要注意的是，转换层的上下部轴网不能出现重合，否则很容易影响到转换层的设计质量。该建筑则将其设计成高交叉框支主梁，从而满足实际建筑需求。该建筑框支梁的计算采用的是SATWE程序，同时采用FEQ程序进行复核。关于钢筋的配筋率，该建筑采用的配筋率是0.3%，断面是800mm X 1800mm，楼板厚度在180mm以上。通过以上数据监测，这些数据可以满足该建筑结构的实际需求。

2.4 设计注意事项

保证大空间层有足够的刚度，防止沿竖向刚度变化过于悬殊，严格控制转换层上下结构侧向刚度比；结构布置尽量左右对称，加强薄弱部位楼板的厚度及配筋；在结构整体分析中，考虑薄弱部位楼板平面内变形对结构受力的影响；控制风荷载和地震作用下结构层间位移角，地震作用要满足规范对地震基底剪力与重力荷载代表值限制；控制结构底部加强区剪力墙及其他部分剪力墙、框支柱及非框支柱轴压比。

3 总结

综上所述，转换层结构较为复杂且工程量较大，设计人员首先应注重概念设计，这样可以少走弯路；其次通过上述计算和分析可以得知，此类建筑在平面布置上应尽可能规则、对称，减少偏心，优化调整转换层上下结构的布置和刚度；同时应注意框支梁、框支柱等构件的特殊性；最后也应考虑施丁难度大的因素，在设计时尽量考虑施工可行性，以达到最为合理的设计。

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