带转换层高层建筑结构设计建议吴鑫健

带转换层高层建筑结构设计建议吴鑫健

吴鑫健1邵彦俊2

1.杭州金运房地产开发有限公司上海201103;2.江苏中南建设集团上海投资发展有限公司浙江杭州310000

摘要：在高层建筑结构设计过程中，加入转换层设计，能在高层建筑中实现多种不同功能的转换，为使用着提供更好的使用体验，因而具有广阔的市场发展空间。与此同时，由于其结构的应用，改变了传统高层建筑结构设计的模式，切断了其竖向结构的联系，因而使设计过程更加复杂，本文拟就设计过程所要考虑的因素，结合国内外相关技术的发展状况，对其结构设计提供参考意见。

关键词：高层建筑；转换层；结构设计

随着城市化发展进程的加快，人们对于居住条件的要求也越来越高，同时对于施工技术的不断提升，高层住宅所带来的设计要求也越来越高。带转换层的高层建筑，能够适应不同居住环境的要求，顺应社会发展的需求，满足不同群体对于居住细节的要求。

1、转换层的含义和发展趋势

1.1转换层的基本概念

高层建筑中的转换层，是将原本单纯的住宅加公共配套设施的建筑模式，通过采用一定的技术模式，变更为下部为商业形式，上部为住宅部分的建筑模式。下部区域中，跨度和高度设计更高，能够进行灵活调整，上部区域分区更加明显，在各套住宅之间保持了相对的独立性。

1.2常用的转换层类型

在目前的高层建筑结构设计中，常用的转换层设计类型有梁氏转换、箱式转换、厚板式转换和桁架式转换四种模式。其中梁氏转换是通过把剪力墙设置在框支梁上，然后由框支柱来支撑框支梁，这种类型大多是使用在底部空间比较大的建筑结构中。箱式转换层是在转换梁的梁顶和底部增加一层楼板，把整个结构变成一个箱式形状。厚板式转换层适用于在上下柱网之间存在严重错位的情形下进行设计使用。桁架式转换层则应用于比较复杂的转换层设计中，如果下层区域是大型商场，上层区域对于分割要求比较高，中间还需要加入管道设备层时，就可以采用这种设计模式。

1.3转换层结构的发展趋势

在传统的高层建筑设计过程中，受制与材料和成本两方面因素的影响，带转换层的高层建筑在实际应用中，并没有得到广泛推广。随着技术水平的不断提高，预应力混凝土的性能现在已经有了明显的提升，价格也开始回落到了经济合理的范围之内。对于轻钢混凝土而言，这是一个很好的发展机遇，其在转换层的应用中，优势主要体现在抗震性能和便于施工两个方面。当然，在进行转换层高层建筑的设计中，还存在一个重要的技术问题就是如何改善转换梁的受力性能。这在进行实际设计工作中，需要运用各方面的数据进行进行精确计算，才能保证工程质量。

2、国内外转换层研究历史和现状

2.1国外研究历史和现状

早在1929年左右，国外的相关机构已经开始了带转换层的高层建筑研究。相关的学者将这种结构的最初雏形，称之为柔性低层大空间建筑，虽然当时的技术水平还比较低，但是在第二次世界大战之后，这方面的研究在前苏联和东欧的一些国家广泛开展起来，并且投入到了实际应用之中。此后在上个世纪六十年代至八十年代之间，由于地震的频繁发生，使这种结构的缺点暴露在人们的面前，并且使整个行业步入了停滞状态。[1]之后的学者们，开始不断加强抗震性能方面研究，在近些年来，随着建筑材料和计算机软件技术的不断突破和应用，带转换层的高层建筑，在国外已经开始广泛的建设，重新焕发了第二春。

2.2国内研究情况

我国在这方面的研究起步于上个世纪八十年代初期，最早的应用对象是大连的友好广场上的一座12层的建筑。此后，我国的相关专家，开始投入大量的精力，开始了这方面的研究工作。在近几十年的研究发展过程中，已经初步形成了系统的理论研究方法，但是在研究方向上，大多还是集中在梁氏转换类型上，在其他方面存在很大的欠缺，与国外同行业相比，在研究方向和研究深度上，还有很大的扩展空间。

3、设计要点分析

3.1结构的抗震设计

抗震优化是带转换层高层建筑结构设计的重要方面，在设计过程中，通常把设计重心放在钢材料的分布位置上，然后再开始内部框架的设计。深入分析具体结构的抗震功能，确保所有的结构组成部分能否进行稳定连接，具有重要的意义。如果在建设方要求有结构转化层的情况下，需要对抗震结构的高度进行精准的分析，并选出最有效的方案，有必要的情况下，还在在底部设计安装相应的安全防护装置。在部分结构的设计过程中，加强抗震设计的效果，才能确保结构整体完全发挥出抗震作用。此外，如果设计对象采用的是中后结构的转换层，那就有必要采用上下对接的结构形式。采用这种结构形式，可以运用行程层级式的连接体，使每一层的设计与整体的工程更加科学的融为一体，最终形成交错式的系统结构，在各栋建筑进行关联的同时，达到抗震功能的实现。

3.2结构的纵向设计

确保每层剪力墙在上下受力一致，是剪力墙进行设置的一个基本原则。如果在底部的设计过程中，出现重力承担超过要求范围的情况下，不仅会大幅提高其所承受的压力，在负荷比例超出标准的情况下，甚至还有可能造成建筑物倒塌。要保证剪力墙所承受的承载力在允许范围之内，可以通过增加分压途径的方式来进行设计，使各个部位均衡的来进行承载力的分担。在采用混凝土来稳定转换层的情况下，可以从整体设计出发，对整个建筑无进行受力结构的完善。[2]然后在整体建筑完工之后，对多出的结构转换层再次进行处理。在施工人员进行实操过程中，要尽最大努力来发挥结构转化层的作用，使整个工程系统不断完善，把系统风险降到最低。

3.3结构的横向设计

由于我国的相关技术人员在设计技术上知识层面的欠缺，再加上对相关设计软件的使用和数据计算方面存在不足。因此在转换层实际施工过程中，有必要在设计平面图要求的基础上，积极发挥施工人员的能动性，根据施工进程中的实际情况，发掘结构施工的更加合理的可能性，在通过技术人员进行验证的情况下，重新进行结构的优化工作，从而使最终的施工方案在保证工程质量的情形下，达到综合成本和实用性能的最优组合。在对历史施工数据进行科学研究的过程中，我们可以发现，剪力墙的受力能力，如果大于等于其带转换层设计参数时，坚持科学的设计原则，更加能够分析出合理的设计方案，从而提高整个高层建筑的受力能力。

4、提高带转换层高层建筑结构设计的质量

4.1对各层的受力状况进行科学分析

从高层建筑的使用功能上来说，其所具有的使用功能的多方面的，由此造成转换层的受力复杂多变。以此为设计的出发点，就要求设计人员在高层建筑结构的转换层进行设计时，要做到通盘考虑，并把主要的受力点作为设计的主要方向。建筑设计人员在进行结构的转换层的设计工作时，必须对受力情况进行实时计算，包括转换层附近的应力值，也要进行全面准确的计算。在有必要的情况下，在整体结构的最大承受范围之内，可以增加一些相应的建筑材料，使转换层的强度和质量都能得到一定的提升，从而在实际的使用过程中，最大程度的使其效用发挥出来。这就要求设计人员重点考虑跨梁部位支座的正负弯矩速度，使腰筋在搭建过程中充分发挥其应有的作用。

4.2对剪力墙进行合理布设

在整个转换层的设计过程中，必须将剪力墙的排布进行科学的设计，其相邻距离一般在11cm左右，以达到对剪力墙框架支柱的设计和使用要求。采用合理的设计方案，既能是其满足工程剪力墙的使用要求，还可以提升地下结构的抗压能力。此外，在进行转换大梁设计时，还要考虑到梁体的承受能力需要达到应力的要求。总之，带转换层高层建筑的结构设计是一个技术难度大、数据复杂多变的设计工作，在从事这方面的设计工作时，必须要求设计人员不但具有相关的专业知识，还要加大自身的学习力度，积极采用新型的设计技术，从而保证整个设计方案不仅具有科学性，还要具有经济性和实用性。

4.3加大BIM技术在设计中的应用力度

BIM技术是一种新型建筑信息模型的简称，它可以从设计阶段开始，就将整个工程设计建造和管理的过程，进行数据化显示，使工程技术人员在建筑工程的各个阶段都能对工程的进展情况进行准确的理解，并做出高效的应对措施。在进行带转换层的高层建筑结构设计工作中，由于传统设计软件的缺陷，很多问题需要进行复杂的计算才能得到准确的设计数据，并且随着设计层面的提升，很多历史数据还会发生变动，给设计人员带来重复性工作的麻烦。采用BIM技术进行设计，可以减少很多不必要的环节，科学有效的解决这一问题。[3]但是在目前的设计工作中，能够真正深入掌握这一技术的设计人员还不多，所以其实际推广应用，还需要经过很长一段时间。

5、结束语

就发展前景来说，带转换层高层建筑还有非常广阔的应用空间，但是在实际工作过程中，无论是从设计方面，还是从施工材料和技术方面而言，我国的相关工作人员都还有着较大的提升空间。在设计过程中，必须要求工作人员坚持质量第一、经济性与实用性相结合的原则，进行设计工作的开展。

参考文献

[1]赵焕金,任家福.某带转换层高层建筑的抗震设计分析[J].建材与装饰,2018(39):85-86.

[2]赖虹,彭敏,杜波.房屋建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计探究[J].住宅与房地产,2017(23):107.

[3]黎进.基于BIM的带转换层寒区建筑若干问题研究[D].哈尔滨理工大学,2018.