建筑结构转换层设计分析

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1建筑结构中转换层的介绍

1.1转换层的定义

转换层是高层、超高层施工领域十分常见的一种结构，因为不同楼层之间的使用功能和结构性能存在着差异，所以需要加设转换层来缓和彼此之间的差异，对楼层的上下部的结构和设计进行转换。进入21世纪以来，全球城市化进程就要求，在高层超高层建筑中，需要将建筑上部的住宅功能与下部的商业功能相结合。因此就需要在高层建筑下部设计跨度比较大的商业娱乐空间，在上部应用密集的设计，显示建筑住宅作用。为了结合建筑的使用功能和结构性能，就需要设计转换层，用来调整上下层结构受力的不同，保证建筑物结构安全、经济、合理。

1.2转换层的特点

转换层位于高层建筑的中部，主要转换下部框架剪力墙结构和上部的纯剪力墙结构，另外还要改变上下受力柱的分布情况和分布的疏密。根据建筑物自身的特点和设计图纸的具体要求，适当选择合适的转换层方式，更好的保证高层建筑使用功能和建筑结构性能的统一。转换层结构由于位于整个高层建筑的中间，因此其承受了两部分的压力，既要承受由于垂直荷载的重力，还要承受由于悬挂所导致的重力，导致转换层结内部存在有较大的应力。另一方面，转换层在中间的位置，会影响整个建筑的安全性能，在一定程度上降低了建筑物的整体性和统一性，基于这个原因，转换层的设计不能单单考虑自身的承载要求，还要分析整个建筑物的结构性能，确保整个建筑的使用安全。

2建筑结构中转换层的分类

2.1梁式转换层

梁式转换层使用条件主要为底部是大空间的框支剪力墙结构体系，采用剪力墙、框支梁和框支柱相结合的结构布置方式，将上部的剪力墙布置在框支梁上，框支梁由下层的框支柱支撑。这样的受力体系，当需要横纵同时转换时，则采用双向梁布置，来提高转换层的强度与钢度。这种转换层结构可靠、施工难度低、传力途径明确直接，优点众多，为目前应用最广泛的转换层结构。

2.2板式转换层

当上下柱网错位较多，设计复杂并且不能用梁进行承托时，可以采用板式转换层。这种结构最显著的特点是像木板一样随意在楼板上布置轴线和柱网，适用于结构复杂，开间较多的建筑结构。同时伴随着这个特点的同时，由于转换层的受力状态较为复杂，传力途径不明确，使得建筑物在转换层处出现钢度的突变，使得转换层产生的内应力较大，不适用于多震地区。

2.3桁架转换层

桁架式转换层主要应用于结构下部为大商场，上部为写字楼或者住宅区的结构用途，并且需要设置相应的设备层。这种转换层结构受力途径最为明确，是用在多震地区最为合适的结构，唯一不足的是桁架转换层结构设计较为复杂。节点设计难度较大，对施工要求比较高，所以在一定程度上限制了这种转换层结构向二三线城市的应用个推广。，此外，桁架转换结构适用于高度达到3m以上的转换层设计当中，另外还可以采用预应力技术，进一步加强稳定性和抗震性。

2.4箱式转换层

箱式转换层的适用范围主要是转换梁的截面过大，并且一层楼板不能满足平面内楼板刚度的假定值。这种结构在转换层的支梁上设置一层扳，形成一个箱形梁，箱形梁的这种转换结构，遍布全层设置，围绕建筑物周围形成所谓的箱子，即称箱式转换层。优点是转换梁的约束力强，钢度大，传力途径直接明确，上下部传力较为均匀，还可将其利用作为设备层，不过其施工难度较大，造价比较高。

3建筑结构中转换层的设计原则

3.1确保转换层钢度

转换层的钢度是决定转换层设计成功与否的绝对性因素，特别是在高层建筑的设计与施工过程中，高层建筑本身的高度和自身重量对转换层影响十分巨大，转换层的钢度成为其中一个薄弱的环节。所以为了保证建筑物结构的稳定，就要保证转换层的钢度，查阅相关资料，转换层的钢度应大于上层钢度的70%，才能保证建筑物的稳定性。为了确保高钢度的转换层，应当采用比设计等级高一个等级的混凝土，一般采用C60级以上的商品混凝土，并且整个转换层采用筒体结构，完全保证转换层钢度不低于设计水平，从而确保建筑物的稳定性能。

3.2确保建筑物整体性

尽可能减少转换的竖向构件，采用统一方向的构件，从最开始的设计文件中要体现出来，能够提高建筑物的稳定性，延长建筑物的使用寿命。直接落地的剪力墙越多，需转换的其他结构就会越少，这样整个转换层刚度突变的程度就越少，对整个建筑结构的整体性越有利。

3.3合理布置转换层

由于建筑物的受力模式较为复杂，且建筑物中各层所受的作用力都随高度的变化而改变，所以转换层结构在高层结构竖向位置应该适当，宜低不宜高。转换层的位置较高时，容易造成在转换层附近上下的楼层的框支剪力墙结构钢度、内力和传力受力途径发生突变，形成薄弱的受力层，降低整个建筑物的稳定性，不利于建筑抗震，对建筑物抗震设计不利，所以转换层高度的设计应尽量低，六度区不超过六层，七度区部超过五层为宜。

3.4遵守高规中的相关规定

高规附录中规定当转换层设置在1、2层时，转换层与其相临上层结构的等效剪切刚度比宜接近1，非抗震时小于等于3，抗震设计时小于等于2.

4结语

本文详细介绍了转换层的定义，和在高层超高层建筑结构中设计转换层的必要性，也就是说转换层是伴随着高层建筑的发展而产生的，转换层将整个建筑的使用功能和结构性能统一的结合起来，提高了建筑物的抗震性能和整体性，使得商用民用结合为一体。转换层必将伴随着我国城市化进程向更加合理科学的设计方向发展。

作者:王志平 单位:巴中市建筑勘测设计院有限公司