对高层建筑转换层结构设计的有关探讨

对高层建筑转换层结构设计的有关探讨

周彦

身份证号：32021119811015xxxx

【摘要】随着社会经济不断发展，建筑类型及功能化设计日新月异，不同空间分格布局的建筑平面布置在同一幢高层建筑中屡见不鲜。为了保证高层建筑结构体系的合理布置，有必要在结构转换层方面进行分析探讨，在实际应用中保证这些结构受力均匀。高层建筑转换层会影响内部结构受力和尺寸，因此必须采取可靠的技术手段，确保高层建筑结构的整体稳定性的提升。在此基础上，文章简要分析了结构转换层的相关内容，为高层建筑结构设计的合理性提供了参考。

【关键词】高层建筑；转换层；结构设计

一、结构转换层的类型与设计原则

1.结构转换层的主要类型

高层建筑结构转换层的主要类型包括：（1）厚板转换。高层建筑上层与下层之间的柱网太多，需要依靠板式结构转换层，以保证层间剪力均匀传递。在实际应用中，板式结构转换层需要满足规范要求的抗剪切强度，其厚度不宜超过一定限度。虽然板式结构具有较好的空间灵活性，但因其自重及平面内刚度较大，造成抗侧力构件层间刚度突变，易造成薄弱层；（2）巨型框架转换结构。框架结构具有较好抗震性能，可以满足高层建筑关于抗震方面的要求。这种转换结构主要是由一个巨大的柱体组成，在实际应用中，必须对转换层下部支撑结构体系提出更高的要求，需要针对底部加强部位的支撑结构体系提高抗震等级及相应的抗震构造措施，或采取能增加结构体系变形能力及耗能效果的有效支撑。（3）梁式转换结构。高层建筑竖向转换的施工相关的操作需要依靠梁式转换结构来完成，如图1所示。这种结构比较普遍，它可以将高层建筑不同层之间的力进行传递，以确保高层建筑结构的整体稳定性。在梁式转换结构中，最上层的墙所受的力会通过一定的路径传递到底部的柱。在实际应用中，梁式转换具有一定的经济性，在所采用的高层建筑结构转换形式中有一定的市场占有率，同时也需要满足规范要求的转换构件截面尺寸限制。

2.结构设计原则

在高层建筑中，往往是根据建筑物的功能和结构的需要，从而在高层建筑的高度方向进行转换层合理布局。转换层空间可以作为一个正常的楼层，也可以作为一个技术设备层。在布局的过程中，重要的是要能够满足上部和下部的剪切刚度比，以避免竖向刚度的突然变化。在大多数高层建筑中，往往是在裙房屋面层设置塔楼转换层，同时需要拓宽裙房屋面的梁板截面尺寸，这样可以避免中间楼层出现刚度特别薄弱的情况。对于转换结构沿着建筑物高度方向的结构，可以进行分段布置。在实际的布局过程中，要根据具体情况选择最科学合理的方式。当建筑物整体的刚度较低时，通常是在结构竖向部分设置水平刚性楼板。在这种情况下，设备层、转换层和加强层应当一起进行规划；同时为减小结构抗震鞭端效应所造成的震害，应避免采用高位转换。

二、转换层结构设计方法

（1）如果楼层之间在竖向结构中存在很大差异，竖向柱网轴线的错位问题比较明显的情况下，需要应用转换层来进行调节。当上部和下部楼层使用功能和空间布局的差异大，柱网分布不规则时，使用梁式转换层难以连接上下层柱网，在这种情况下，要设计板式转换层。在斜柱转换过程中，可以形成一个比较大的水平力，在施工中，可以结合实际施工情况架设拉梁或圈梁，尽可能通过最短路径进行平衡调整，如果要减少上部和下部楼层的压力，可以将多个楼层同时架设转换斜柱形成一定范围内的空间传力结构体系，从而可以更方便设计转换层。箱式转换层刚度比较强，整体性好。箱形转换层是由“双向托梁”和“单向托梁”以及上下楼层的楼板浇筑成整体的转换系统。在实际工程中，如果建筑要求柱网上疏下密的时候，由于各个柱承受的不同的荷载力，下部的柱网可能会产生竖向的位移，致使建筑的下部结构承受较大的附加次应力。（2）针对上面提到的问题，最好的解决方案是在容易发生问题的柱网位置设置转换层，这样才能对下部柱网的荷载进行平衡调整。梁式转换层的荷载传递是由上层墙体经过转换梁传递到下部柱网，这种荷载传递方式很直接，因此在高层建筑转换层设计中最常用的结构形式是梁式转换层。巨型框架的设计方法可以通过对施工的模仿进行选择，在形成巨型结构前就能合理的解决这些问题，从而确保建筑抗侧刚度足够。斜柱转换式把混凝土的受压性能更好的发挥出来，从而形成大量建筑空间方便使用。要在高层建筑进行转换层的设置，要选择合理的转换层的形式，在结构布置上，通过设计来加强主要构件，从而提高结构整体的安全性。

三、转换层结构设计控制策略

（1）在建筑设计过程中，应该结合建筑的特点选择转换层的类型，详细设计转换结构支撑体系、钢结构工程、混凝土工程和模板工程，从而有效保证建筑设计质量。如果选择一次性施工的转换层浇筑的施工方案，那么必须采取合理有效的措施将垂直荷载转移到地下室的底板上。转换层要承担它的本身的重量和在楼层间的负载，因此在设计方案前首先应仔细计算荷载及力学，使支撑系统的设计有足够的强度。转换层结构设计的目标是保证建筑功能的实现。在实际工程中，存在将设备层当作转换层使用的情况，当存在这种情况时，转换层必须设计有足够的空间，保证设备管道顺利通过。在洞口尺寸大于开孔梁允许的标准范围的情况下，可以使用空腹桁架代替梁式转换。在抗震设计中，应当采用适当的、有效的方法来保证转换层结构的上下部主体结构的总剪切刚度及转换层结构自身平面内及平面外刚度以有效传递竖向及水平荷载。

（2）在设计转换梁的过程中，需要仔细分析上部结构和转换梁共同工作中存在的问题，传力路径及节点内力分析。针对转换层上下垂直结构进行设计时，必须保证主体上部的垂直结构具有足够的，这样才能够有效的与向下落地的结构贯通。在转换层选择模式时必须设计有清晰的力量传递路径，便于分析、设计结构，从而保证施工质量。在这个过程中，应当减少相应结构转换的垂直构件数量，增加直接着陆的垂直构件，减少了转换结构就能相应的减少转换层所造成的刚度突变，从而使抗震性能提高。在结构转换梁的实施过程中，很多模板需要支撑也越来越复杂，大量钢筋绑扎，垂直及水平材料运输，增加了整个施工过程的复杂程度，突出了专项施工组织设计的重要性。

（3）转换结构在高层建筑结构当中是重要的组成部分，计算和分析三维空间的整体结构时，实际受力状态与计算模型应当保持一致。必要时，可以采用有限元法来进行计算，以弥补传统简化计算模式对转换结构内力计算分析的不足。应结合建筑物的外部条件来选择转换层的结构形式，以保证其受力性能良好。也由于梁截面的变化比较大，建筑相对较高，在施工过程中的支撑的稳定性很重要，通过综合分析比较钢管排架支撑和钢桁架的两种支撑方案，钢管排架支撑的施工工期短，造价低，优势十分明显，往往成为最终的选择。

结束语

高层建筑结构转换层的应用越来越普遍，因此高层建筑转换层结构设计水平的不断加强，提高高层建筑转换层结构的应用性能，是建筑结构设计领域的一个问题，有关部门应进一步研究和改进，加强结构转换层的应用。

参考文献

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