浅析高层建筑转换层的结构设计

摘要：对于高层建筑设置转换层，要合理选择转换层形式，在结构布置时，通过对主要构件在设计时进行加强，从而增加结构的安全性。文章从转换层结构的概念出发，介绍了转换层的主要结构形式及设计原则，重点探讨了转换层结构设计中应注意的问题。

关键词：高层建筑；转换层；结构设计

Abstract: for the high-rise buildings set convert layer, be reasonable choice conversion layers forms, in the structure is decorated, through to the main component in the design to strengthen, so as to increase the safety of the structure. This article from the conversion layers of the concept of structure, this paper introduces the main structures conversion layers and design principles, mainly discussed the conversion layers structure design in the problem that should notice.

Keywords: high building; Conversion layers; Structure design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

近年来,国内外高层建筑发展迅速,其建筑向着体型复杂,功能各样的综合性方向发展。较常见的形式：下部为大开问的商业场所，希望有较大的自由的灵活的空间，以便满足公共使用需求。上部为小开间的民用住宅，较多的墙体分隔空间，从而满足住宅户型的需要。为了满足建筑要求就必须在上下不同结构体系转换的楼层设置转换层。于是带转换层的建筑结构孕育而生,并在近年来得到较为广泛的应用。

一、转换层结构的概念

建筑物楼层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部需采用不同结构类型，为了实现这种结构布置，就必须在结构转换的楼层设计水平转换构件，即转换层结构。

二、转换层的主要结构形式

1.梁式转换层

梁式转换层的传力直接、明确，传力途径清楚。跨度较大且承托层数较多时，采用较大的截面高度为1. 6~4. 0 m。跨度较小及承托层数少时，采用0. 9~1. 4 m较小的截面高度。施工方便且构造简单，工作可靠，转换梁受力性能好，结构计算也相对容易。目前，在高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式是粱式转换。

2.桁架式转换层

桁架式转换层传力明确、传力途径清楚。其节间可采用轻质建筑材料填充，有利于减轻结构自重，同时抗侧力刚度比转换梁小，地震反应要比梁式转换的高层建筑小得多。但构造和施工复杂，且转换桁架使充分利用该转换层空间成为可能.，为开洞与设置管道具备了很大灵活性的位置和大小的条件。也从施工工程中得知，转换桁架其混凝土用量比、钢材的采用比转换梁节约成本些。

3,板式转换层

板式转换层传力不清楚，受力复杂，相邻上、下层受很大作用力。从抗剪和抗冲切角度考虑，容易在地震作用下反应强烈。一般板厚度有在2. 至2. 8 米区间，且结构计算困难。施工中，上部结构布置不便，造成混凝土用量大。也由于本身受力很大，增大了下部垂直构件的承载力设计要求，故板必须三向配筋。

三、转换层设计原则

1.转换层的竖向布置

转换结构可根据其建筑功能和结构传力的需要，沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置；也可根据建筑功能的要求，在楼层局部布置转换层，且自身的这个空间既可作为正常使用楼层，也可作技术设备层，但应保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。对大底盘多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，并加大屋面梁、板尺寸和厚度，以避免中间出现刚度特别小的楼层，减小震害。对部分框支剪力墙高层建筑结构，其转换层的位置，7度区不宜超过第5层，8度区不宜超过第3层。转换层位置超过上述规定时，应作专门研究并采取有效措施。

2.转换层的结构布置

研究得出，底部转换层位置越高，转换层上、下刚度突变越大，转换层上、下内力传递途径的突变就越加剧；此外，转换层位置越高，落地剪力墙或简体易出现受弯裂缝，从而使框支柱的内力增大，转换层上部附近的墙体易于破坏。总之，转换层位置越高对抗震越不利。

底部带转换层结构，转换层上部的部分竖向构件不能直接连续贯通落地，因此，必须设置安全可靠的转换构件。按现有的工程经验和研究结果，转换构件可采用转换大梁、斜撑、箱形结构以及厚板等形式。由于转换厚板在地震区使用经验较少，可在非地震区和6度抗震设计时采用，对于大空间地下室，因周围有约束作用，地震反应小于地面以上的框支结构，故7，8度抗震设计时的地下室可采用厚板转换层。

3.转换层的抗震设计

为保证设计的安全性，规定部分框支剪力墙结构转换层的位置设置在3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按高规规定提高一级采用，提高其抗震构造措施，而对于底部带转换层的框架一核心简结构和为密柱框架的简中简结构的抗震等级不必提高。对转换层的转换构件水平地震作用的计算内力需调整增大；8度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。

四、转换层结构设计中应注意的问题

1.与建筑专业的相配合

为了满足建筑的需要，因此高层建筑转换层结构型式的选择必须与建筑相互配合。一是转换层结构型式的选择应与建筑外观相结合，如巨型框架、拱式转换等型式不仅具有良好的受力性能，而且能满足该类型建筑外观的要求；二是转换层结构必须服从于建筑功能的实现，实际工程中常常将设备层兼作转换层，此时转换层中要有足够的空间让设备管道通过，当洞口尺寸超出开孔梁允许范围时，宜用实腹或空腹桁架代替梁式转换。

2.宜低位转换,尽量避免高位转换

设置结构转换层的高层建筑属复杂的高层建筑,其结构竖向刚度存在一定程度的突变,且转换层上下附近的刚度、变位和内力都会发生突变,易形成薄弱层,对抗震不利。所以,设置转换层应坚持转换层位置宜低不宜高的观点。尽量降低转换层的层位,尤其抗震结构设计,宜避免高位转换,三层以下为宜,一般不超过六层。

3.上下轴网力求部分对齐不错位

如果结构上部、下部的轴网全部错位,则转换层结构可能只得采用厚板式,厚板式转换层结构是所有转换层结构中缺点最多的一种形式。不仅受力不好,设计难度高,施工困难,而且极不经济。为避免采用厚板式转换层结构,尽可能采用梁板式或其他形式的转换层结构,其必要条件就是上下轴网部分对齐,轴网对齐的比例越高,转换层结构的设计就越简单容易,结构受力更明确,经济效果更好,这方面有赖于结构与建筑方案的密切配合和协调。

4.框支柱、剪力墙的合理布置

设置结构转换层的高层建筑,不论采用何种结构体系,都必须保证部分剪力墙直接落地;转换层下面的框支柱的柱距疏密均匀,框支柱与剪力墙(通常是核心筒)的距离位不宜太大(控制在12m以下)。转换层以上的剪力墙应采用大开间布置。强化下部,保证下部大空间结构有足够的刚度、强度、延性和抗震能力。转换层的平面须比轴规则,保证转换大梁的刚度和出平面外的稳定性。

5.转换大梁的设置

由于短肢剪力墙与框架柱的对应关系,相应短肢墙下的转换梁实际仅承受了位于框架柱以外的短肢墙引起的内力,大部分内力已直接传给了框架柱,仅两端突出框架柱外的短肢墙引起的剪力相对较大。因此,须采取在转换梁两端加腋的办法,以抵抗其剪力,这样不仅达到结构设计要求,亦使转换层的有效空间得到保证。

6.转换层结构刚度的合理选择

在进行转换层结构设计时，存在着转换层结构刚度合理值的问题。当转换层刚度过大时，一方面引起地震反应和结构竖向刚度的突然增大，使转换层上下层处于更加不利的受力状态，另一方面材料用量增加，结构经济性不合理。当转换层刚度过小时，上部框支部分的竖向构件与其它竖向构件之间可能出现较大的沉降差，从而在上部结构中与该部分竖向构件相连的水平构件中产生明显的次应力，导致其配筋增加。

五、结语

现代高层建筑经常是集吃、住、办公、娱乐、购物、停车为一体的综合建筑，转换层的普遍运用，在对转换层结构进行设计时须根据工程本身特点和验算中受力状态的不明确等因素，选择科学合理的设计方案，确保方案设计的全面性、科学性，减少施工的风险和难度。从而不但可节约建设投资、减少能源消耗、达到建筑面积的最高利用率，而且为人们提供更方便、省时的生活环境和工作条件，适应现代社会高效率、快节奏的生活。

参考文献：

[1] 沈蒲生．高层建筑结构设计[M]．中国建筑工业出版社，2006.

[2] 吴秀水，王翠坤．建筑结构层刚度中心的计算[J]．建筑科学，2006.

[3] 唐兴荣.高层建筑转换层结构施工中几个问题的探讨[J].施工技术, 2000(8).

[4] 梁炯丰.高层建筑转换层结构的概况和发展[J].山西建筑.2006.