刍议高层建筑转换层的优化设计

【摘 要】 本文简要探讨了高层建筑在结构转换层上的分类、设计应用现状，以及针对结构转换层进行的几点优化设计研究方案。

【关键词】 高层建筑；转换层；优化设计

高层建筑的转换层一般是指结构转换层，指高层建筑某层的下部与上部的平面使用功能有区别，因此采取不同的结构类型，而且转换结构起主要作用，那么此楼层就为高层建筑结构转换层。现在我国很多高层建筑都设置有结构转换层，其施工技术复杂，有很大的挑战性，对于建筑整体施工技术有比较重要的意义。

一、设计分类

（一）设计结构转换层。

对结构转换层进行设计，很明显就是指在差别性的结构之间进行系统优化设计，比如说，建筑物的上部为砌体结构，而建筑物的下部为框架结构，那么可以通过建筑上部砌体墙结构转化为框架结构，增大建筑空间。建筑下部一般用作商业活动，上部用作生活居住。这样的结构特点，一定要对建筑构件进行合理转换，将建筑上部砌体墙所接受的承载力转移到下部支柱。这样的高层建筑设计一般被叫做结构转换设计。

（二）设计功能转换层。

对功能转换层进行设计，通俗来讲就是于建筑的中部位置加设设备层。比如说高层建筑因为过高的高度会产生供水供电问题，由于地下室过远等原因也会造成水压与电压的超负载。所以需要在楼层的中部位置调节水系统的减压吃力设计，也要重新分配供电负荷。做这样的处理要有充足的空间，因此在设计高层建筑时，单独准备一层用作功能转换，这层也被叫做设备层。一般情况，功能转换层不超过2.20米，以便减少其占有的设计规划高度。

二、使用现状

现在我们国家高层钢筋混凝土建筑多为20至50层，最普遍的是20至35层，这个范围的建筑占到所有高层建筑数量的超80%。这一高度范围的高层建筑所占的比例最大，符合我国现实经济发展情况。很多高层建筑都是商业与住宅合为一体的综合性建筑，单纯的住宅、单纯的写字楼所占比例不多。一般的情况是，下部一层到八层为商场、超市、。地下用作停车场，在八层以上，多用作酒店、宾馆、写字间与民用住宅。根据相关的数据资料，高层建筑75%以上都设有转换层，因为转换层的设计难度大，施工工艺复杂，要求精准，因此对设计的要求非常高。我们应当有效捕捉具有高度融合作用的建设标准，准确把握住建筑设计的控制力度，让科学准确的设计计划实施变为可能，使整体结构与设计方案达到完好综合。把原来的设计手段进行创新，让各相关专业达到同步配合，做到一边监督，一边设计。让设计过程更加科学规范。

三、施工技术分析

（一）高层建筑转换层模板支撑技术。

高层建筑的转换层模板，其四周的模板、下底模板、内部模板是其主要构成部分，一般选取组合钢模板当作四周外侧模板，而选择木质胶合板当作内侧模板和底模板。选择外部直径为4.8公分的钢管当作梁模板拉杆与剪力撑。选取两件型号相同的外部直径为4.8公分的钢管当作模板主楞。并且其中的间距在7.0公分。选取规格在100×50的木方当作模板次楞，次楞间距为3.5公分。要注意模板的主楞不可以放到支架横杆上，而是要放置在托顶之上。选取外直径为4.8公分的钢管当作侧模水平杆。把其拉接到暗梁主筋的时候，同时应该同板内的钢筋水平焊接牢固。这样才能保证大截面梁模板的安装质量。可以选择门式的脚手架当作支撑系统，再加上能够调型的底座与顶托，而且门架间距应该在90与95公分之间。选择规格为8×10公分的木方当作转换大梁龙骨，其间距为35公分。

（二）高层建筑转换层模板拆除技术。

模板拆除的时间如果不能准确把握，那么就有可能会使得全部换层的工作全都受到不利影响，使施工造成没有必要的麻烦。高层建筑的转换层在施工期间，一定要保证一至三层的梁板支撑得以保留，等到模板所支撑的混凝土完全符合要求以后，再拆除模板与其支撑。

四、创新优化设计

（一）防止高位转换

因为高层建筑在结构上日趋复杂，转换层自然也不例外，转换层的纵向刚度会形成某种意义上的突发性变化，再加上转换层内力效应，极易形成薄弱层，减少抗震水平。所以在设置转换层时，应当遵循在合理的范围内尽量靠下的原则，把转换层的位置设置在低层数。最好是三层以下，原则上不超过六层。防止高位转换影响到抗震效果。

（二）合理布局支柱与剪力墙。

设计结构转换层时，不管应用何种结构，都一定要保证部分剪力墙可以直接落地，均匀设计转换层下部的框支柱，剪力墙与框支柱间的距离不能太大，一般控制在12米之内。剪力墙应当进行大格局设计，重点强化墙体下部，保证下部结构强度符合设计规范要求。

（三）规范掌握结构刚度。

根据相关的国家规定，转换层下部与上部间的剪切刚度比最好为1，不能超过2。为使剪切刚度比处于1和2中间，一般要通过下面的办法，增加剪力墙落地宽度，转换层下部应当寻找合适的位置增加剪力墙范围，加大其受力面积。对上部剪力墙的数量与宽度进行严格控制。可以通过减少下部结构断面高度的办法对层高进行压缩。为了避免转换层周围形成突变的可能性，应当控制住上下两部分的结构等效刚度，若无法准确求取刚度，则要用结构位移的数据间接计算得到，一般用程式化的计算得到楼层位移的各项数值，以此表达出该楼层的准确等效刚度。

（四）上下轴网对齐。

如果高层建筑在转换层设计上，发生上下轴网错位的现象，那转换层在结构上就必须采取厚板型结构。厚板型结构缺点很多，其设计难度大，承载力弱，施工难度高，而且经济效益差，是转换层结构中最不合理的一种。为了防止应用厚板型结构，就必须把上下轴网对齐的工作做好，之后便可以采取其他类型的较为经济的结构转换层。轴网对齐标准越高，越容易进行设计，其受力性得到保障的前提下，经济性也越实惠。能否对齐轴网，取决于结构设计方案的科学性与协调性。

（五）合理设计转换梁。

对于两边突出的支力墙所形成的较大剪力，一定要在在两边进行加腋，对剪力形成对冲抵抗，将因为短支墙传送给框架柱上的内力缓解掉，这样既可以保证转换层空间符合使用要求，也能达到设计上的最优化效果。

（六）布置转换层配筋。

转换层在结构上有别于普通杆件和薄壁杆件，内部的受力情况复杂而集中，因此设计时应当考虑到整体控制计算，用有限元分析当作补充计算条件，一般来说，墙元分析可以当作不同位置应力的计算基础。应用有限元计算出配筋需求量，按照转换层构造上的区别，设置不同的配筋比例。可以分别做出如下要求：根据规范要求对转换梁进行设计与施工；要按照实际需要增加转换层楼板的厚度与强度。板材厚度不小于180，应用双向双层配筋，配筋比不小于0.30%。适当注意加强下部与上部楼板，剪力墙框柱轴比值要符合相关的规范性文件要求。轴压比不能超过0.6。要加大转换层下部中心位置筒墙厚度。普通住宅的厚度需要再原有基础上增加1.0至1.5米，强度等级也需要相应提高5至10帕。若有需要，应当在转换层增加承重短柱与剪力墙，以对底层刚度进行补偿。

总结

高层建筑的转换层在高层建筑总体格局中占有非常重要的地位，我们要充分认识到其设计施工的现实意义，加强转换层模板施工、混凝土工程、钢筋工程等方面的研究与优化设计，严格遵循施工工艺，保证工程质量。

参考文献

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