带结构转换层的高层建筑结构设计

顾明明

【摘要】高层建筑中结构转换层的引入，是为了适应现代城市中对高层建筑不同楼层区域进行划分和应用的要求，它主要在不同楼层结构进行互相组合利用时起到衔接作用。同时结构转换层还可以节省出一部分建筑结构内部的空间，实现建筑空间的最大化利用，因此，结构转换层的科学合理的设计，是高层建筑结构设计的重要组成部分。

【关键词】高层建筑；结构转换层；结构设计

高层建筑用途的复合性要求推动了结构转换层的诞生，转换层作为一种高层建筑中的衔接性结构，它的出现对高层建筑的内部构造产生了显著的影响，转换层在高层建筑中的应用简单来讲是帮助高层建筑进行不同间架结构的楼层间的衔接，保证高层建筑的整体协调性。但实际上，这种建筑物内部构造的变化对建筑工程的整个施工项目的各方面都会产生影响，所以在进行高层建筑设计时，也要将转换层的设计考虑进去，在做这类高层建筑的内部设计时保证两者的结构设计同步进行，在本文的讨论中，就将涉及和介绍结构转换层的功能和特点，并对它的设计方法提出有效的改进策略。

1、结构转换层的作用和类别

1.1作用

高层建筑的商业效益和经济价值的增高可以通过提高高层建筑的功能性来实现，多功能的高层建筑在建筑物土地面积的利用上实现了最大化，并且可以解决传统意义上不同类别或功能的建筑物分离的问题，实现建筑用地使用的功能性集中，满足人们在快速的生活节奏下对商用建筑和民用建筑综合利用的客观要求。因此，现代的高层建筑建造非常重视建筑的结构层次多重性和功能用途多样性，即按照不同的楼层区域将高层建筑内各楼层按照用途进行区分。例如，将首层临街位置作为商铺或餐饮娱乐之用，中部设为办公之用，顶部多为民用住宅或旅馆。还原到建筑结构和原理上来说，不同功能的楼层对房屋间数的开设以及实用空间的大小都有不用的要求，在两种用途楼层区域的衔接楼层处，就需要设计结构转换层来保证各种类型的楼层的正常使用，综上所述，结构转换层是多功能高层建筑中的不可或缺的一部分。

1.2类别

第一种，板式转换层。是指结构转换层的主体为一块整体浇筑的有一定厚度的规则平板，这种方法主要应用于衔接楼层的上下结构差异很大，无法进行常规协调的情况。而且由于上下结构的复杂性较高，会引起转换层的受力不均的问题。另外，由于板式转换层是一块整体浇筑的平板，在结构灵活性和空间利用率上都存在一定的限制。第二种，梁式转换层，这种转换层虽然在结构上相对复杂，但可以解决高层建筑中受力不均匀的问题。同时梁式转换层能够比板式转换层节省出更多有效的建筑空间，在我国的结构转换层设计中被普遍的认可和使用。

2、结构转换层的设计准则

2.1刚度指标的控制

建筑整体结构中的刚度指标有一定的最佳数值范围，在进行结构转换层的嵌入时，需尽量将上下两层衔接部位的状况调整到相近的状态，便于施工中对建筑物整体刚度的控制。

2.2控制剪力墙配筋

提高剪力墙配筋率计算的精确度，降低外力因素对结构转换层墙体的影响或尽量避免和消除外力对其产生的作用力，提高结构转换层主体的稳定程度和安全系数。

2.3转换层楼板厚度的控制

如果遇到高层建筑中衔接层中有比较薄的楼板，就需要提高楼板的抗压性，具体可通过利用混凝土原料进行现浇筑的方法来实现，这里需要注意考虑结合高层建筑上下楼层区域的具体情况来确定楼板的厚度。

3、转换层设计改进措施

3.1结合楼层受力设计转换层

这就需要高层建筑的设计者在进行整体设计时注意各个楼层不同的受力情况，特别是衔接楼层关键位置的外力承受力，要准确的把握建筑各个环节的整体受力情况就需要通过计算机程序分析来实现，当计算机计算分析出不同构建的应力值后，就可以依据转化层附近的受力分布情况调整高层建筑设计的配筋率，保证实际应用中转换层的实用性。

3.2提高转换层自身结构的稳固性

在设计和建造结构转换层自身的主体时，一方面可以通过精确计算和把握转换层内部结构的尺寸和布置提高转换层自身结构的稳定性；另一方面，也可以选取安全保障系数较高的内部构造类型提高结构转换层的牢固性。

3.3配合剪力墙的转换层设计

剪力墙是高层建筑中的辅助保护墙体，在加入转换层后，它的布置也要进行相应调整和变动。具体布置要点有剪力墙框架支柱设置的均匀性以及支柱间距离的合理性。综上所述，设计者在进行转换结构的设计时，要在满足剪力墙布置要求的前提下利用专业的技术手段调整梁端结构，在高层建筑的稳定性上强化保障作用。

3.4结合数据分析设计转换层

建筑设计中精确性的要求很高，而科学合理的数据分析是保证设计精确性的有效方法。在目前多种有限元软件的支持下，数据分析和计算的方法多种多样。因此，在进行数据分析前首先要选取适当的数据分析计算模型，对照建筑结构中的实际受力情况，保证受力情况与模型一致后在运用计算模型对高层建筑的整体结构设计进行空间计算，用数据给结构转换层的设计提供依据和指导。

3.5做好整体协调，保证建筑设计质量

当转换层之间的楼层出现上下结构差异过大的情况时，就需要对转换层进行调整，这种情况通常只发生在板式转换层中。其中的斜柱转换，会产生力度较大的水平方向的荷载力，为了平衡和协调这种作用力的影响，应结合实际采取短路径之内的平衡方法进行协调，以有效保证建筑的整体工程质量。

结语：

隨着人们对高层建筑功能性和实用性的要求越来越高，结构转换层的设计理念和技术也在不断的提高和创新。结合高层建筑结构来说，它本身就要承载强度很大的荷载力，所以转换层作为其中的应力结构，其涉及难度很大且要求很高。所以高层建筑的结构转换层设计对高层建筑多功能、复合型性能的正常发挥有着决定性的作用。它也是高层建筑整体工程质量中十分关键的一环。