高层建筑转换层结构设计探究

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摘要：通过对高层建筑中转换层的设计和作用进行分析，并通过介绍转换层的结构形式类型，最后以梁式转换层为例展开论述，研究其设计要点。

关键词：转换层；结构设计；高层建筑

在当前城市的建筑中层建筑的建设越来越广泛，其功能性极强，多功能的建筑在设计时，需要对其内部结构进行合理布局。高层建筑在结构方面，为了满足特定的建筑功能，通常会设计结构转换层因此在高层建筑的结构设计中，设计人员必须对结构转换层设计进行分析，以保证建筑的质量和使用安全[1-2]。

1转换层设计及作用分析

转换层设计要基于建筑内部结构进行对应功能的调节，依据不同楼层所在位置对转换层的性能、功能作出要求，使其能承上启下，实现结构的功能转换，通过对设施、空间等要素的搭配结构需求，结合高层建筑中的结构承载进行商业、住宅等多种类型的需求。

2高层建筑转换层结构形式

高层建筑转换层结构形式较多，常见的转换层结构形式主要有梁式转换层、箱式转换层、板式转换层、桁架转换层、斜柱转换层和巨型框架转换层，以下笔者就上述转换层进行简要阐述：2.1梁式转换层。梁式转化层是高层建筑中最为常用的转换层结构，其载荷力传导直接，同时其结构设计和分析简便，成本造价较低。梁式转化层结构采用转换梁作为承载结构，分为托墙和托柱两种方式，其施工材料可以采用钢筋混凝土、预应力混凝土和钢结构。在实际工程中，转换梁的跨度要综合考虑上层墙体的层数，其常用的跨度为6~12m，转换梁结构设计选择与受力性能以及形式有直接关系，托柱式转换梁界面的设计可以按照普通截面的配筋计算方式，如果上部的承载部分为上部斜杆框架，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。2.2箱式转换层。箱式转换层结构主要由单向托梁及双向托梁构成。在结构设计中为了加强上下层结合的效果，需做好混凝土浇筑施工。箱式转换层在结构刚度和整体性上优势十分明显。2.3板式转换层。板式转换层结构是在厚板组合转换下形成的一种转换层结构。在结构设计中，为发挥板式转换层的功能，需考虑建筑的抗剪能力、结构强度和抗冲能力，并以此为基础明确转换板的厚度。转换板的厚度多为2~2.8cm，但下部结构设计中也会产生较多的材料消耗，施工难度较大。为此，在使用板式转换层结构时需综合考虑多种影响因素，以提升高层建筑结构设计水平。2.4桁架转换层。桁架式转换层是对梁式转换层的扩展，其整个转换层结构采用钢筋混凝土的桁架组成，桁架的上下弦杆作为上下楼面结构层，中间设置腹杆。这种转换层结构设计的整体性较好，受力状况更加稳定，同时转换层的自身重量较小，具有良好的抗震性能。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。2.5斜柱转换层。应用斜柱转换层结构时，水平荷载的水平较高，设计人员要以建筑平面布置为基础对其予以全面考察，高度关注结构设计的科学性。另外，为有效控制水平荷载，也可采用拉梁或圈梁维持受力平衡，高度利用结构空间。转换斜柱通常需穿过多个楼层，以减轻上下层结构水平作用力的负面作用。2.6巨型框架转换层巨型框架转换层结构经过了实践的检验和理论的积累，成为了转换层结构设计中的主流发展趋势。巨型框架转换层主要由竖向筒体和巨型梁构成，结构的抗震性能优越，也符合超高层建筑结构对转换层结构的要求增强了结构的安全性和稳定性。

3高层建筑转换层结构设计要点-以梁式转换层为例

高层建筑转换层结构设计具有系统性和复杂性，且转换层结构设计的效果直接影响了高层建筑结构的性能。因此，在转换层设计中，设计人员需熟练掌握设计要点，并按照设计规范和设计要点，完成设计工作。以下笔者以梁式转换层结构设计为例，分析高层建筑转换层结构设计要点：3.1转换梁截面设计。高层建筑转换层截面设计中，设计人员应当考虑梁的受力性能和转换层的受力方式。并以此为基础科学选择参数计算方式。转换梁截面主要分为两种形式：①托柱截面；②拖墙截面。在托柱式转换梁截面设计中，设计人员要将转换梁截面的尺寸作为控制要点，其受力形式与普通梁结构的受力形式十分相似，所以在结构设计的过程中，设计人员需深入考量配筋的概况，随后方可选择计算方法。若转换梁承托结构选择斜杆框架形式，则轴向拉力也会对结构受力产生显著的影响。在截面设计的过程中，设计人员可根据实际采用深梁截面设计形式完成梁截面设计，设计中所使用的钢筋数量要经专业的计算公式确定，从而优化梁高配置。3.2转换层结构构件设计。在转换层设计工作中，竖向刚度突变和竖向侧力构件问题是引发转换层传力突变的主要因素。受到强震的作用，结构中相对较弱的位置也会形成较大的应力，要想在增大转换层上部结构强度的同时，提高下部结构刚度，则需采取多种措施增大转换层周围的强度，确保水平剪力的顺畅传递，严格控制地震作用对结构的破坏性。3.3转换层分析计算方法设计人员完成结构层整体计算工作后，应采用专业的平面有限元计算软件分析计算转换层结构，且就局部应力采取多种手段做好补充计算工作。局部应力分析中，工作人员需确保转换层结构的上层及下层均位于计算模型内部，然后结合楼层楼盖平面考量结构的刚度。在计算框支剪力墙结构时，其要求十分细致，上部剪力墙应与下层支柱紧密连接。若采取不恰当的连接方法，则会产生较大的连接误差。3.4转换大梁设计要点。梁式转换层结构设计中，转换层楼板要将上层的水平剪力顺利地传递至下层的建立结构上，此时转换层楼板也会受到平面内剪力的影响，结构需同时承受竖向荷载，以期增大楼板结构的刚度和强度。此外，转换层大梁承担了上部剪力墙或上部柱体结构的竖向传载任务，转换层大梁自身需要承受较大的应力，这也成为了结构抗震中十分重要的环节。为此，设计人员务必高度重视大梁设计的科学性与合理性。3.5转换层抗震设计要点。高层建筑结构设计中，结构中设有转换层，而这也影响了建筑物刚度分布的均匀性。转换层结构的竖向承载力和墙柱截面发生了较大的变化，相应的传力线路也随之发生了明显的改变，进而破坏剪力墙结构的抗震性能。为维护转换层结构设计的安全性，设计人员应在三层或以上楼层设计中，做好墙柱的加强和加固处理。3.6托墙形式转换梁截面设计要点。若转换梁承受的上部墙体并未开洞，则需确保转换梁及上部墙体同时完成各项工作，此时，结构受力和破坏的程度较大。对此，设计人员在转换梁截面设计中通常采用应力截面设计和深梁设计，且沿圈梁高计算纵向钢筋，加大分部控制的力度。此时，转换梁的跨度相对较大，底部纵向钢筋应保持平直状态，工作人员要确保钢筋均可深入至支座内部。

4结论

高层建筑转换层结构是建筑物中关键的一环，因此其结构设计要从工程实际、建筑空间分布、建筑结构受力、承载力分布等多个方面进行考虑，选择合适的结构形式，从而提高转换层的抗剪切力和承载能力，提高整体结构的安全性。同时在结构设计时，要强化关键施工要点的设计，严格遵守施工流程，切实提高工程质量。

参考文献

[1]常晋.高层建筑梁及板式转换层的结构设计研究[J].山西建筑，2019，45（9）：42-44.

[2]田晨旺.梁式转换层结构设计及应用研究[J].山西建筑，2017，43（17）：53-54.

作者:崔晨光 单位:太原理工大学建筑设计研究院