高层建筑中的转换层结构设计要点研究

程鸿

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摘要： 随着社会的不断发展和进步，人们的物质生活水平显着提高。与此同时，建筑业发展迅速，尤其是在人们对建筑的要求越来越高的情况下，其结构设计正朝着多元化的方向发展。高层建筑数量、层数及其功能用途的增加，尤其是在城市化进程中，要求高层建筑设计中需要考虑的内容更加全面。而建筑层数更多，随着房屋高度上建筑功能的不断变化，导致结构布置不同，使得结构设计中剪力墙部分无法落地，实施将需要设置转换层结构。本文主要分析了高层建筑转换层的设计要点。

关键词：转换层；结构设计；高层建筑

引言

当前城市的建筑中层建筑建设越来越广泛，功能性强，多功能建筑在设计时需要合理布局其内部结构。高层建筑从结构角度来看，为了满足一定的建筑功能，通常设计结构转换层，因此，在高层建筑结构设计中，设计者必须对结构转换层的设计进行分析，以保证建筑质量和使用安全。

1、高层建筑转换层结构形式

1.1梁式转换层

梁式转换层是高层建筑中最常用的转换层结构，其荷载力直接传导，同时其结构设计和分析简便，成本低。 梁式转换层结构采用转换梁作为支撑结构，分为托墙和托柱两种方式，其施工材料可采用钢筋混凝土、预应力混凝土和钢结构。 在实际工程中，转换梁的跨度必须综合考虑上层墙体层数，其常用跨度为6~12m，转换梁结构设计选择与受力性能和形式直接相关，支柱转换梁界面的设计为普通截面的配筋计算方式，上部承载部分为上部斜杆框架则，应采用偏心受拉构件界面设计，而对于托墙式的截面设计，要计算其纵向钢筋的分布状况，对开门较多的墙体，也可以采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法。

1.2箱式转换层

箱体转换层结构主要由单向梁和双向梁组成。在结构设计中，为了加强顶层和底层的结合效果，必须进行混凝土浇筑。箱形转换变换器在结构刚度和完整性方面具有明显的优势。

1.3桁架转换层

桁架式转换层层是梁转换层的延伸，其整个转换层结构由钢筋混凝土桁架组成，桁架上下弦杆作为上层和下层的结构层，中间设腹杆。该转换层结构设计整体性更好，受力状态更稳定，同时转换层自重小，抗震性能好。但是桁架式转换层对施工技术提出一定的要求，尤其是对“强斜腹杆，强节点”关键技术点的控制。

1.4巨型框架转换层

巨型框架转换层结构经过实践检验和理论积累，已成为转换层结构设计的主流发展趋势。巨型框架转换层主要由竖向筒体和巨型梁组成，结构抗震性能优越，也符合超高层建筑结构对转换层结构的要求，提高了结构的安全性和稳定性。

1.5板结构转换层

在商业区和不能使用梁承载力的住宅区之间的2个建筑区间，选择厚板作为转换层。板厚应与支撑柱网的实际尺寸和住宅区间的实际承载能力相结合。厚板与梁转换层的组合结构，利用三维空间模型对整个建筑进行应力分析，或应用有限元软件进行应力分析。简易厚板的设计采用简单的分析方法，厚板结构较为复杂，采用有限元软件进行分析。具体使用应根据高层建筑的实际情况。

2、高层建筑转换层结构设计要点-以梁式转换层为例

2.1截面的设计和构造

在设计梁转换层截面之前，设计人员首先要对梁的力学性能和梁转换层的应力形式进行全面分析，在设计转换梁截面时，主要有两种结构形式其一是柱型设计，其二是托墙型设计。采用柱设计法设计转换梁时，截面尺寸应按照剪应力比计算，避免脆性破坏的发生。截面的配箍率一定要合适，且连接不能存在于转换梁中。在设计过程中，应尽量不要打开转换梁，如果一定要在梁中间或附近打开转换梁，并在开口和下弦杆处用箍筋加密，这样可以保证整体结构的抗剪性能，当开口内力较大时，应通过钢构件加强处理。框架过渡中梁轴向拉伸的设计计算中，不能采用普通梁的设计计算方法，而应适当增加一些纵筋的配筋数量。在在应用托墙型设计法进行转换梁的设计中，如果转换梁的上部需要承载墙体，并且墙体满跨没有预留口，此时转换梁与其顶部的墙一起形成一个整体，起着共同的作用，这种作用表现为深梁在受到外力时或被破坏时的形状。因此，设计人员在设计转换梁截面时，也可以通过深梁截面的方法进行设计，根据实际情况对转换梁的钢筋进行计算，并适当指定到梁的全高。如果此时转换梁跨度内发现较大内力，则应检查转换梁下部的纵向钢筋，确保纵向钢筋不弯曲或直接切断，然后全部深入到梁支座之内。

2.2抗震设计

梁转换层在高层建筑设计中的应用，将对建筑高度方向的均匀性和刚度产生一定的影响，如果转换层结构垂直方向的构件不一致，或者柱截面和墙体截面发生突变，则会降低垂直方向的承载力。同时，整体结构的传力路线也会发生曲折，降低整体结构的抗震性能。因此，在梁转换层结构设计过程中，设计人员应根据有关规定，提高框架柱和剪力墙底部加固位置的抗震性能，达到最高抗震性能时，设计人员应通过提高构件的抗震性能，提高整个构件的抗震效果。对对于底部的转换层框架、密柱式外围的筒中筒结构以及核心筒结构，在设计过程中不需要提高抗震等级。但在进行八度抗震设计的过程中，设计人员应充分分析竖向地震作用对整体结构的影响，进而使整体结构设计达到良好的抗震效果。

3、转换层结构设计在高层建筑中的应用分析

3.1转换层结构的平面布局

高层建筑底部的功能通常需要很大的空间，可以设计成通过框架加上剪力墙的结构布置来完成。上部功能一般较为简单，可采用纯剪力墙结构布置。尽可能保持东西部横向对称，同时也尽量使剪力墙平面内的刚度中心和质量中心重合，从而有效避免结构偏心率较大的问题。除了主筒之外，其余的幕墙系统应分散均匀布置，最好是沿着周边来布置，这样整个建筑的抗扭性能会更好。在实际应用中，转换层结构位置越高，转换部位附近刚度越明显，地震力作用下内力变化越复杂，从而会影响落地的框支柱和核心筒，在地震时这些构件就更容易受到破坏，失去承载能力，因此转换层位置越高其实对建筑物的抗震就越不利。

3.2转换层结构的计算要求

转换层结构虽然只是高层建筑结构中的一小部分，但在设计上也不能马虎，因为它关系到整个高层建筑的安全和稳定。因此，一定要经过反复、细致、科学的分析和计算，并运用现代高科技手段反复论证计算结果，确保转换层结构设计科学、安全，符合设计要求，从而更好地理解高层建筑中各个构件对转换层结构的整体影响。为了保证计算的可靠性，在整个计算和分析完成后，科学的分析和计算应特别针对转换层，以提高其安全性。

结束语

高层建筑转换层结构是建筑中的关键环，因此，其结构设计应从工程体能、建筑空间分布、建筑结构受力、承载力分布等几个方面进行探讨，选择合适的结构形式，从而提高转换层的抗剪能力和承载力，提高整体结构的安全性。同时，在结构设计中，要加强重点建设项目的设计，严格遵守施工过程，有效提高工程质量。

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