带结构转换层的高层建筑结构设计

刘涛

摘    要：随着人们生活水平的不断提高，对建筑质量的要求也越来越高，转换层结构设计能够提高建筑物整体质量和性能，是高层建筑设计的重点。现代化进程会推动着高层建筑向更高、更复杂、功能更齐全、结构更多样的方向发展，为了更好地满足现代化的发展趋势，就必须要加强高层建筑结构转换层的设计研究工作。因此，在实际建筑设计中应对转换层结构设计加以重视，以求能够更好地实现高层建筑的设计和发展。

关键词：高层建筑;转换层结构;设计

1  高层建筑转换层的具体结构形式

高层建筑转换层可以实现结构变化较大楼层间荷载的传递，例如，某一建筑内上部结构为小开间，而下部结构为大空间的商业用房，这就需要在两个楼层间设计转换层，以实现上部框架结构与下部剪力墙结构间的荷载传递。研究发现，现代高层建筑的转换层类型主要有梁式、桁架式、箱形、板式等。而在我国建筑中设置转换层的建筑多数选用梁式转换层结构。

研究发现，高层建筑转换层结构具体如下几种形式：（1）梁式转换层，结构受力性能明确，施工便捷，对于抵抗地震有着明显的效果，多应用在高层建筑底部空间较大的剪力墙结构体系中。（2）箱形转换层，其主要是由上下层较厚楼板与单双向托梁所组合而成的，受力结构相对较复杂，多应用在解决纵向与横向结构的受力转换建筑中。（3）板式转换层。该种转换层结构可以灵活地实现对上下层结构柱网的有效布置。但是，此转换层施工耗材量较大，且结构自身也较大，其适用于上下柱网轴线错开情况严重以及较难实现采用梁结构直接对上下结构进行承托的楼层中。（4）桁架式转换层，该种转换层结构传力明确，且实际传力途径较为清晰，有着很强的灵活性，由于其构造特点，导致施工复杂程度较高，该种结构适用于转换梁构架跨度较大且上层负载也很大的楼层中。

2  带转换层高层建筑结构设计注意要点

综合一些震害研究、试验及分析工作等可知，带转换层等的高层建筑结构由于竖向布置及刚度变化，在地震作用下受力复杂，这也对高层建筑的结构设计提出特殊的要求：（1） 减少转换。布置转换层上下主体竖向结构时，注意使尽可能多的上部竖向结构能向下落地连续贯通，尤其框架核心筒结构中核心筒应上下贯通。（2） 传力直接。布置转换层上下主体竖向结构时，注意尽量使水平转换结构传力直接，避免多级复杂转换，慎重采用传力复杂、抗震不利的平厚板转换，如上下柱网确实无法对齐时，采用箱形转换。（3） 强化下部、弱化上部。对于带转换层的剪力墙结构或筒体结构，可采取以下措施强化下部结构：加大筒体及落地墙厚度、提高混凝土强度等级、必要时可在房屋周边增置部分剪力墙、壁式框架或楼梯间简体、提高抗震能力;可采取以下措施弱化上部：不落地剪力墙开洞、减小墙厚等。（4） 优化转换结构。当建筑功能需要以高位转换，转换结构宜优先选择不致引起地震作用下框支柱（边柱）柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆桁架、空腹桁架和扁梁等，同时要注意需满足重力荷载作用下强度、刚度要求。（5） 计算全面细致。须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分采用符合实际受力变形状态的计算模型进行三维空间整体结构计算分析。必要时采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算，并注意模型边界条件符合实际工作状态。

3  高层建筑转换层结构设计要点分析

3.1  抗震设计

由于高层建筑的转换层会导致竖向上的刚度突变，在受到地震影响时容易成为薄弱点，影响到建筑整体的抗震性能，因此在设计时要注意以下 几点：（1）尽可能减少竖向构件的转换数量。只有增加直接落地的竖向构件的数量，才能够有效减少其转换结构与刚度突变的数量，进而改善建筑结构抗震性能。（2）在设置转换层时，尽可能选择高层建筑竖向位置上较低的区域。（3）为便于对结构进行分析和设计，保障施工质量的提升，应尽可能对转换层结构进行优化，并选择传力途径清晰的形式，在满足安全性和经济性的前提下尽可能降低转换层的刚度。

3.2  转换层总体结构设计要点

（1）下部主体刚度配置。由于竖向刚度的突变有着较为复杂的变化，因此在设计抗震措施时应确保上下主体结构满足总剪切度的要求，这可以通过剪力墙的增设、竖向构件截面尺寸的增加以及混凝土强度等级的提升来实现。

（2）剪力墙的合理配置。设计人员必须注意传递上下刚度时剪力墙所造成的影响，其刚度的突变可以借助以下方式解决： 降低上部刚度，避免在上部进行剪力墙的设置，同时增加下部刚度，若条件许可还可以进行落地剪力墙的设置，此外还要确保其设置的均匀和对称，避免太过集中。

（3）转换层结构刚度的合理选择。在进行转换层的设计时，必须做到刚度选择科学合理。若刚度偏大，竖向结构会激增，同时还会引发地震反应，引起受力情况的恶化、材料损耗的增加和成本的上升; 若刚度偏小，其上部竖向构件将会出现较大的沉降差，在引发水平构件中次应力的同时增加配筋。

3.3  构件设计

（ 1） 框支柱设计。框支柱是转换层结构中非常重要的部分，能够极大地影响结构整体安全性能。由于受到多种因素的综合影响，楼板会在实际施工过程中出现形变，剪力墙也有较高几率产生裂缝，这都会引起刚度的降低，进而增加框支柱剪力。所以，在进行结构的实际设计过程中，必须参考相应的设计规范和标准，确保框支柱抗剪能力的提升。不仅如此，还应将框支柱上方墙体纵筋向墙体内层延展，这可以显著强化转换层的连接关系。

（2）框支梁设计。作为荷载的传输纽带，框支梁能够大幅强化框支剪力墙所拥有的抗震性能。由于剪压比能够在一定程度上影响到框支梁的截面尺寸，因此框支梁的截面高度需要通过计算得出。总的来说，框支梁截面的受力相对复杂，其所承受的力也较大，因此在设计结构时必须充分考虑受力情况。框支梁是减震、抗震的重要构件，能够大幅提升抗震性能，因此具有着较重要的设计意义。在进行实际施工时，应依照强剪弱弯的原则，增加箍筋的数量，确保其与纵筋数量达成平衡。

（3）转换层楼板设计。通过转换层，框支剪力墙可分为两部分，其上部和下部的受力存在差异。在上部，外部荷载所带来的水平力的分配是依照剪力墙刚度的不同而进行的;在下部，落地剪力墙所具备的刚度差異较大，水平剪力的大多数都是由这一结构承担，位于转换层结构的荷载分配也相当不均。总体来说，转换层的楼板负责的是上、下剪力的分配，其使用过程中出现的变形幅度相对较大，所受的力也较强，因此只有确保其具有足够大的刚度才能确保转换任务的完成。在进行梁式转换层筒体结构的设计时，应依照框支剪力墙的框支框架来确定其转换梁、转换柱的抗震等级。

4  结束语

随着我国城市化进程的深入发展，城市用地面积急剧减小，城市用地极为紧张，高层建筑的出现很好地缓解了城市用地紧张问题，其地位也越来越重要。转换层的转换形式复杂，而转换层设计又是高层建筑设计的难点和重点，为保证高层建筑的建造质量，就必须要深入研究和掌握转换层结构的设计要点，并在实际的设计当中，合理设计布置转换层，分析整体结构和建筑结构受力特点，实现建筑设计的良性发展。

参考文献：

[1] 李文斌.高层建筑转换层设计实例分析[J].广东建材，2015（81）：44～45.

[2] 林加明.高层建筑转换层设计质量控制[J].建设发现，2017（6）：68～69.

[3] 贺明辉.建筑转换层施工技术[J].住宅产业，2018（9）：33～34.