带结构转换层的高层建筑结构设计分析仲杰

带结构转换层的高层建筑结构设计分析仲杰

仲杰陈若峰

中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司安徽合肥230041

【摘要】在建筑工程的多样化发展下，人们对于建筑设计的功能与性能要求不断提高。带结构转换层的高层建筑结构设计方法已经成为了当前建筑工程中不可缺少的组成，进一步完善了高层建筑结构的功能与性能，满足了人们对于建筑物使用的更高要求。本文简要分析了结构转换层类型、特点以及功能，并且在此基础上重点分析来了高层建筑结构设计的原则、方法与注意事项，旨在提升高层建筑结构设计水平，促进我国建筑行业的发展。

【关键词】高层建筑；结构设计；特点；设计要点

随着我国建筑行业的发展，高层建筑已经成为了当前建筑行业的主要建设形式，而结构设计作为高层建筑设计中的主要内容之一，结构设计质量对于高层建筑工程建设的安全性与稳定性具有直接的影响。当前，建筑行业技术水平的提升，增加对高层建筑结构设计的标准，带结构转换层在高层建筑结构设计中的运用，有助于提升建筑结构设计水平，满足人们对高层建筑结构工程建设的更要要求，具有十分重要的意义。

1转换层型式的主要类型及其特点

当前较为常见的高层建筑转换层结构类型主要为梁式转换层、箱式转换层、厚板式转换层、桁架式转换层四种，对这四种转换层结构类型及其特点进行以下简要概述。

1.1梁式转换层

常见于底部大空间的框支剪力墙结构体系。梁式转换层把剪力墙架设在框支梁上端，框支梁由框支柱支撑。如果纵横向都需要转换，就必须进行双向梁布置。设计和施工相对简单，应用最为广泛。它的局限性在于如果上下轴线布置错位，需要增加转换次梁，形成较为复杂的空间受力。

1.2箱式转换层

如果转换梁截面面积偏大，一层楼板不能满足楼板刚度。可在转换梁梁顶与梁底，此外另外一层楼板，构成箱形梁。一般宜遍布全层设置，应该沿着筑周边环通构成“箱子”。它的优点是转换梁具有较强的约束、较大的，整体效果良好，传力均匀，还可以用作“设备层”，它的不足之处是梁中开设备洞较多，造价高。施工复杂。

1.3厚板式转换层

如果有较多的上下柱网错位，梁难以直接承托，就要用到板式转换层。厚板厚度要与柱网尺寸、上部结构荷载相匹配。其优点是下部柱网受上部结构影响小，布置灵活。厚板刚度较为理想，整体性较好，能够构成承台，施工也简单。缺点是厚板自重大，容易产生震害，经济性也不太理想。

1.4桁架式转换层

如果高层建筑下部设置大空间商场，高层是小空间客房，还要设置管道设备层，建议使用桁架式转换层。上部柱墙穿过桁架传送到下部柱墙，管道需使用桁架间空间穿行。采用桁架转换结构时，通常要跨满层布置，上弦节点要对中上部密柱或墙肢形心。这种转换层的框支柱相对较小，施工较为复杂，轴线错位布置的难度也大。

2结构转换层的功能

从结构功能的角度看，转换层所实现的结构转换可以归纳为以下三类：

2.1结构型式的转换

这种功能被广泛应用于框一剪结构和剪力墙结构，结构转换层将上部剪力墙转换为下部框架，给下部楼层创造一个较大的内部空间。

2.2柱网、轴线的转换

转换层的上、下部结构型式没有改变，但通过结构转换层，使下层形成大柱网，以满足外框筒的下层形成较大入口和较大空间的需要。

2.3结构型式和轴线布置同时转换

上部楼层剪力墙通过结构转换层改变为框架，同时，下部楼层柱网轴线与上部楼层的轴线错开，形成上、下部结构不对齐的布置。

3高层建筑中结构转换层的设计原则

其一，贯通竖向体系的落地抗侧力构件(如剪力墙、筒、柱)的比例，在非抗震设计时不少于30%，抗震设计时不少于50%，并尽可能连结成落地筒体，以提高下部结构体系的整体抗弯、抗剪、抗扭能力。

其二，转换层上、下楼层等效抗弯刚度宜相等。

其三、转换层尽量设在低层而避免设在高层、即争取实现低位转换。因转换层一般质量较大、当地震力作用于结构时，高位转换会出现较大惯性力，从而增大对整体结构的不利影响。

其四，加强转换层刚度.确保水平荷载的可靠传递。

其五，重视构造措施，增强建筑结构的整体性，确保横、竖向体系的可靠连接，提高整个结构空间协同工作的能力。

4高层建筑中转换层结构的一般分析方法

转换层是整个高层建筑结构体系中一个重要组成部分，在进行设计时，必须先对整体结构进行分析，利用三维空间分析法进行分析;再根据上部结构传递到转换层的荷载对转换层进行应力分析，运用的是应力分析法，并且进行配筋设计或者是成果分析。可使用实体单元来模拟转换梁、厚板以及搭接块，对厚板再进行局部应力分析。托墙形式的梁式转换层也可进行局部应力分析。转换结构构件受竖向荷载、竖向挠度、层刚度比以及层间侧移等的影响，因此，在设计时，要进行全面考虑。

5高层建筑中结构转换层设计中应该注意的问题

5.1保证大空间层有足够的刚度，防止沿竖向刚度变化过于悬殊，严格控制转换层上下结构侧向刚度比。抗震设计时，转换层结构侧向刚度不小于其上一层结构侧向刚度的70%。根据《高规》附录E控制转换层上下结构等效侧向刚度比宜大于1.0，不应大于1.3。

5.2结构布置尽量左右对称，加强薄弱部位楼板的厚度及配筋;在结构整体分析中，考虑薄弱部位楼板平面内变形对结构受力的影响;通过调整剪力墙的布置方式，使结构质心和刚心接近，避免扭转;平面尽量布置规则。

5.3控制风荷载和地震作用下结构层间位移角，地震作用要满足规范对地震基底剪力与重力。荷载代表值限制；控制结构底部加强区剪力墙及其他部分剪力墙、框支柱及非框支柱轴压比。

5.4适当加强框支剪力墙转换层以下竖向构件的配筋率。按《高规》验算结构抗覆和整体稳定;采用现浇钢筋混凝土楼板，增强结构整体性;围护材料选用新型轻质材料，有利于减轻建筑自重，减小地震反应。

6高层建筑转换层结构抗震功能设计

与一般的房屋建筑结构抗震设计要求相比，高层建筑转换层在结构抗震功能上的要求较高，大多数高层建筑的抗震等级都在八级及以上。首先，需要设计人员精准计算结构设计中涉及到的参数，利用BIM技术构建转换层结构设计模型，为结构设计提供充足的前提条件，通过模型的对比分析，找出最适合的转换层结构类型。通过对四个模型振型的地震作用分析可知，当转换层位于六层时，转换层位置的地震作用有显著的突变现象;当转换层在二层时，转换层附近的地震作用突变现象不明显。由于转换层结构自重较大，若转换层位置较

高，则可能导致某较高振型的振型地震作用明显增大。在建筑功能里必须考虑到抗震设计，这是对公民生命安全负责任的一种表现。

结语：

综上所述，建筑结构设计关系到建筑工程建设的安全性与稳定性。在建筑行业的现代化发展进程下，带结构转换层在高层建筑结构设计中的运用已经成为一种普遍现象，但是由于我国在带结构转换层结构设计方面的研究起步较晚，相关的设计理论与设计技术尚不成熟，对此，高层建筑结构设计人员需要加大对带结构转换层结构设计的研究力度，针对不同结构转换层类型的特点，科学选取结构转换层，优化结构设计方法，创新结构设计理念，准确计算，精准分析，以提升高层建筑结构设计的质量。

参考文献：

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