探讨高层建筑结构转换层的结构设计

李晓鹏

摘要：现代高层建筑的风格多变，在为了实现建筑在功能上的多样化，需要设置结构转换层，在设计高层建筑结构转换层时应在并兼顾建筑安全性的前提下，使建筑风格和谐，空间利用率高。本文主要分析了高层建筑结构转换层的特点、类型以及设计要点。

关键词：高层建筑；转换层；结构设计

引言：在高层建筑结构中，转换层作为楼层的上下部之间的重要转换结构，且根据建筑功能的需要，不同的楼层的转换层的结构设计也存在较大的差异。而结构又是确保整个工程质量的重要部分，其设计质量的高低与工程质量的高低有着密切的关系。

一、高层建筑结构转换层的特点

高层建筑结构的转换结构的组件在高层建筑物中间，对于外力荷载起到了承上启下的过渡作用，即承载上层建筑到来重力荷载，对下层建筑的悬挂构建荷载也需要起到依靠作用，也因此该特殊作用，其也呈现出多种特点，具体总结有以下几点：

1、内力大

因其一方面要承受了来自上层的重力，另一方面要承载下层建筑的悬挂力，对其内力的要求很高。

2、跨度大

转换构件的跨度一般是上层结构的几倍，因此，垂直挠度的要求相当高。

3、构件截面大面积

加强转换构件的刚度和强度时，根据刚度及强度的计算公式进行调整，较为有效手段是增加构件截面面积，因此，就够构件的截面面积较大。

4、特殊设计

高层建筑转换层的设置，造成了建筑物垂直向的刚度的规则性较差，各项外力的传递路线有所变动，不能使用一般方法进行计算，在分析及设计转换层的结构是，不能使用常规方法，其设计显得较为特殊。

二、高层建筑转换层的结构形式

因为转换层其在上下的结构中有很多的类型，因此说，转换层其本身的结构也是不相同的，一般会有以下几种：

1、桁架式的结构

这种结构一般是由梁式结构的一种转换层转化而来，对于整个的转换层来说，它是由多组的钢筋混凝土其桁架来组成一种承重结构，桁架的上弦杆以及下弦杆将其设在转换层楼面其结构层中，层与层之间设置有腹杆，因为桁架的高度比较大，因此对于上下弦其截面的尺寸是很小的。

2、板式的结构

往往是适用于一种对于上下层之间既有柱网与轴线的变化，又有一种结构类型的一种改变，对于整个的转换层来说，其一般是一块具有厚度达2米到3米的一种实心的承重板，一些板式的转换层为了对上部的结构变化予以滿足，其在一定的部位之间就设置了一种暗梁。

3、箱式的结构

这种结构也是由一种梁式的结构予以转化而来。有一种纵横交错主次梁将上下层楼面的一种楼板结构进行连同，对于整个的转换层来说，其就如同是一只较大的箱子，在其四周也可以开洞。

4、梁式转换

目前来说，高层建筑中在实现一种垂直转换往往用的形式就是梁式转换，梁式转换的传力途径很明确、直接，它的本质就是由上部的墙经过转换梁直接传力给下部的柱，这样来完成整个的建筑物其使用的功能。对于这种转换方式来说，其有很多的优势，不仅仅有利于工程的计算以及分析，还有利于其设计，此外，在造价方面也比较低，所以说，这种方式已经被人们广泛的应用。

三、高层建筑结构转换层的结构设计要点

1、转换层的结构布置设计

在高层建筑设计中采用转换层设计一般都是因为建筑的下部空间为大开间、上部的为小开间的原因，这种结构方式是不符合常规的，若是不适用转换层会严重影响到建筑物的稳定性和受力性。因此在这个转换层结构设计环节中我们要注意三点问题：一是竖向构件是无法直接连续贯通落地的，我们要通过转换构件，来保证上部的稳定性；二是为实现落地性，要增加墙体的厚度，以保证结构的刚度；三是转换层的上一层的梁体附近不要设置门洞且不易有任何的孔洞。

2、转换层的竖向布置设计

带有转换的高层结构可根据其建筑功能和结构传力的路径，可以沿高层建筑的高度方向一处或多处灵活布置；也可根据建筑的使用功能要求，在楼层某些局部布置相应的转换层，可根据自身的特点作为正常使用楼层，也可作技术设备层，在转换层的设计中应确保转换层具有足够的强度和刚度，保证竖向刚度不能过大。如果对大底盘多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房与塔楼的交接楼面处，并加大楼面转换梁、板的尺寸和厚度，目的是和上下楼层的刚度保持接近，以避免中间出现刚度特别小的楼层，进而地震对高层建筑的危害。若对部分框支剪力墙的高层建筑结构设计是，应特别注意转换层的设置位置，根据《高层建筑抗震设计规范》规定7度区不宜超过第5层，8度区不宜超过第3层。如果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。

3、转换梁的截面设计

转换梁截面设计方法的选择与其受力性能和转换层的形式相关。

（1）托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承托上部普通框架时，在转换梁常用截面尺寸范围内，转换梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面设计方法进行配筋计算。当转换粱承托上部斜杆框架时，转换梁将承受轴向拉力，此时应按偏心受拉构件进行截面设计。

（2）托墙形式转换梁截面设计。当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。

4、转换层抗震设计

由于厚板集中了很大刚度和质量，其在地震作用下反应强烈；板本身受力很大，而且竖向刚度突变，相邻上、下层受很大作用力，容易发生震害；从以往的试验和已设计的工程表明，厚板的上、下相邻层结构出现明显的裂缝和混凝土剥落，板不仅会发生冲切破坏，还可能发生剪切破坏，故板必须三向配筋；桁架转换层的节间采用轻质建筑材料填充，有利于减轻结构自重，同时转换桁架的抗侧力刚度比转换梁小，也就是说具有桁架转换层的高层建筑其质量和刚度的突变比带转换梁的高层建筑缓和，作为抗震的重要构件，框支梁的受剪很大，应遵循“强剪弱弯”的方针，在纵筋数量较多的背景下，加强箍筋。因此，地震反应要比梁式转换的高层建筑小得多。

5、转换层结构上下层刚度比设计

高层建筑结构转换层刚度比设计作为整个建筑结构设计的重要内容，为了避免安全隐患，必须认真对待。在转换层上下结构等效侧向刚度比计算中，必须综合各个构件弯曲、剪切以及轴向变形对整个结构侧移的影响。当高层建筑转换层设置在三层或者三层以上时，侧向刚度不能低于楼层侧向刚度的60%。为了避免转换层下部刚度过大、侧向刚度过小造成的不良影响，对于三层或者三层以上的转换层，必须将60%规定为工程下限值。

在外围柱距框筒结构以及内部框架结构中，必须保持上下剪切刚度始终不变。对于普通情况，由于下部截面较小，层高比上层高，所以很难满足施工要求。针对这种情况，必须使用钢管混凝土柱或者钢骨混凝土柱，有效调整延性、刚度以及截面面积，进而达到建筑工程要求。在这过程中，需要特别注意的是：转换层上下结构连接，当上部为混凝土时，必须钢骨混凝土柱及时锚入下部转换层。

四、结束语

高层建筑中，结构转换层的设计一直是建筑行业人员十分关注的问题，由于其结构的复杂性和工程量巨大，需要工作人员对其进行充分的了解，合理的设计规划，对于高层建筑转换层的设计要选择合理的、合适的转换层形式，在设计布置时，加强主要构件来增加设计结构的安全性和稳定性。

参考文献

[1]王春伟.高层建筑转换层结构设计中的问题分析[J].黑龙江科技信息，2011，（23）.

[2]曾凡柏.探讨高层建筑转换层结构设计中存在的问题[J].中华民居，2011，（11）.

[3]刘占飞.浅谈高层建筑转换层结构设计[J].建筑与文化，2012，（04）.