阐述高层建筑转换层结构设计

【摘 要】随着带转换层房屋建筑的不断发展，研究其框支剪力墙结构设计凸显出重要意义。本文首先介绍了转换层结构的整体施工特点，分析了转换层的功能与设计原则。在探讨高层建筑带转换层设计原则及建议的基础上，从多方面研究了高层建筑转换层结构设计。

【关键词】高层建筑；转换层；框支剪力墙结构；

一、前言

在现代高层建筑结构设计中作为一种较为特殊的结构型式，带转换层的房屋建筑进行框支剪力墙结构设计在近期得到了长足的发展。对该项课题的研究，将会更好的提升该项工作的实践水平，从而有效优化框支剪力墙结构设计的整体效果。

二、转换层结构的整体施工特点

转换层是高层建筑施工中的重点，也是难点，其在施工中是高层建筑结构中的主要控制方式和手段，其施工中各个施工技术都对其有着紧密的影响，因此在施工的过程中，要结合其自身特点进行严格的施工工艺控制。

1.施工特点

转换层的自重和施工荷载往往非常大，因此在施工的过程中要结合当前的实际情况对其进行合理的模板支撑方案的选择，避免由于方案的不正确造成支撑过程中的质量问题和施工难题。在方案的选择中进行模板支撑体系的设计。设置模板支撑系统后，转换结构在施工阶段随着施工的不断变化其受力结构和使用施工状况也在不断地变化之中，应对转换梁及其下部楼层的楼板进行施工阶段的承载力的验算。

大体积混凝土是转换层施工过程中主要的施工材料，对大体积混凝土转换层，混凝土施工时应考虑采取减小混凝土水化热的措施，防止新浇混凝土的温度裂缝。转换层的跨度和承受的荷载都很大，其配筋较多，而且钢筋骨架的高度较高，施工时应采取措施保证钢筋骨架的稳定和便于钢筋的布置。利用钢骨架或预应力卸荷，在转换层结构中使用钢骨混凝土和预应力技术可以减轻自重、改善结构的整体抗震性能。设计模板支撑时可以利用己经成型的水平钢骨或预应力平衡部分或全部施工荷载，极大改善支撑受力性能，这种措施适用于转换层与上部结构没有形成整体工作的情况如上部采用的是小柱网框架或开口剪力墙、壁式框架等结构形式。

三、转换层的功能与设计原则

1.转换层的功能

（1）建筑功能。利用转换层结构可以为高层建筑提供宽阔的室内空间和出入口。

（2）结构功能。高层建筑利用转换层可以实现上下部结构的转换，上部的剪力墙结构更适合于民用住宅结构，而下部框架结构由于可以具有较大的内部空间，更适宜商用。通过转换层将两者有效的融合为一体，确保了高层建筑结构的多样化。

（3）轴线及上下层柱网转换。利用转换层进行结构设计时，在其不改变上下结构形式的情况下，可以通过对轴线及上下层柱网的改变，实现下部柱距的扩大，以大柱网的形式满足下部大空间的需求。

（4）错位布置。在转换进行上下结构转换时，可以对上部结构和下部结构的轴线和柱网轴线进行错位布置。

2.设计原则

高层建筑由于自身重量较大，所以对其稳定性和抗震性具有较高的要求，但在进行转换层设置时，极易导致竖向刚度突变的发生，从而导致高层建筑结构的抗震性能受到较大的影响，所以在进行转换层设计时需要遵循利用直接落地的竖向构件、宜低不宜高、宜小不宜大的诸多原则。即在进行转换层设置时，由于竖向构件会对刚度和结构的抗震性能带来突变，所以需要选择直接落地的竖向构件来进行设置；在进行转换层设置时，尽量选择高层建筑竖向位置较低的地方；同时为了确保所设置的转换层结构型式能够具有更明确的传力路径，所以需要对转换层结构进行优化，这样对于结构设计和施工都会有一定的益处；在转换时需要对刚度进行适度的控制，不宜过大，这样不仅有利于建筑物的安全性，而且也会带来较好的经济性。

四、高层建筑带转换层设计原则及建议

按照高层建筑转换层结构和功能特点就可以知道其转换层主要起到承上启下的效能，是建筑结构中关键构件。而且按照我国当前高层建筑工程数据分析，带转换层的高层建筑工程中，其转换层结构造价占总工程项目造价比例在6%-20%之间，可以看出带转换层高层建筑结构设计对整个建筑项目具有十分重要的功能效益和经济效益，合理转换层结构不仅能够防止高层建筑竖向结构发生刚性突变，有效提升建筑抗震性能，还能够避免建筑资源浪费，提高使用安全系数。因此带转换层高层建筑结构设计时要注意以下原则和建议：

第一，尽量减少转换结构的竖向构件。高层建筑转换层结构设计常采用直接落地的竖向构件，此时为避免建筑刚度突变，预防高层建筑抗震性能降低就要采用不需要转换结构的竖向构件，或者尽量减少使用需要转换的结构设计。

第二，最好低位转换，切忌高位转换。如果高层建筑转换层设计楼层较高，其传力途径和刚度就会发生突变，建筑框支剪力墙结构会处于转换层附件位置，容易形成高层建筑薄弱层，大大影响高层建筑的良好抗震效能。

五、高层建筑转换层结构设计

1.转换层结构布置

据相关研究已经显示，在底部的转换层中，如果其位置越高，它的上下高度的突变就会越大，转换层的上下内力的传递途径，其突变也会加剧，落地的剪力墙以及筒体就容易出现裂缝现象，框支柱的内力加大，使得转换层的上部其附近的一些墙体就会被破坏。所以说，转换层的位置如果是过于高，就会对抗震产生不利的影响。按照相关的研究结果显示，转换构件能够运用箱形结构、斜撑、厚板、转换大梁、桁架、空腹桁架等形式。在地震区对于厚板转换的使用经验是比较少的，可以在非地震区和6度抗震设计时采用；在一些大空间的地下室中，因为其周围有着约束的作用，而地震的反应也低于上部的框支结构，所以，在7、8度抗震设计的一些地下室就能够采用这种厚板转换层。

2.转换层竖向布置

转换结构可以根据结构的传力以及建筑的功能需要，沿着高层的建筑方向灵活布置，也可以符合建筑功能要求的基础上，能够在楼层的局部来设置转换层，而且自身的空间可以作为一种技术设备层，也可以作为一种正常的使用层，但是前提是要保证转换层的刚度，这样来防止刚度的过分悬殊。

3.转换层抗震设计

为了进一步的保证设计的准确性与安全性，规定在一些框支剪力墙其转换层的位置如果是设置在第三层以上，那么框支柱以及剪力墙其底部的抗震等级要提高一级，如果已经是特一级就不再需要将其提高，而对于底部的框架来说，如果其为密柱框架，其抗震等级就不用再提高。转换层其构件在水平地震作用下的内力要将其调整，如果是8度的抗震设计，就需要考虑竖向地震的影响。

4.转换层楼板设计

转换层将框支剪力墙分成上下两部分，对于这两者来说，其受力情况是有一定差距的，在上部的楼层中，因为外荷载而产生的水平力，有自己的分配原则，它是根据剪力墙的刚度来进行的。在下部楼层中，框支柱的刚度与落地的剪力墙的刚度也是不同的，后者承担着水平剪力，也就是说，在转换层处荷载的分配不是很均匀。转换层其楼板具有比较重的任务，转换楼板其自身的变形大、受力大，应该要保持足够的刚度来完成对于自己任务的支撑。

六、结束语

通过对房屋建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计的相关研究，我们可以发现，该项工作的开展有赖于对多方面技术优势因素的利用，有关人员应该从其客观实际情况出发，研究制定最为科学合理的框支剪力墙结构设计方案。

参考文献：

[1]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.

[2]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）.

[3]傅学怡.实用高层建筑结构设计[M].2版.北京：建筑工业出版社，2010.