高层建筑结构转换层结构设计研究

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摘要：转换层结构在高层建筑的作用是巨大的。本文重点对转换层的结构设计问题进行探讨分析，以供参考。

关键词：高层建筑；转换层；特点；结构设计

一、高层建筑转换层特点

高层建筑转换层主要特点：使楼层的上部结构荷载通过转换层重新分配并传递给下部结构和地基基础；由于转换层刚度大、应力集中且力的传递突变，因此遇到偶然荷载（水平地震作用）作用时，转换层受到较大外力和产生水平位移；转换层梁柱和梁上墙节点较多，节点处的钢筋锚固、插筋与变径较复杂。若施工不当，会造成转换层应力集中，产生裂缝、挠度超出规范要求范围等现象。在一些地震多发区域，需对高层建筑的水平受力进行合理控制。整个建筑的楼层刚度、质量不允许出现突变状况，需确保其变化的均匀性。在遭遇地震作用时，避免建筑物出现薄弱层，对整个结构稳定性造成不利影响。

二、转换层的功能意义

1、上、下层结构类型转换转换层将上部剪力墙转换为下部的框架，此结构多用于框—剪和剪力墙结构中，如此便可使得下部结构具有较大的内部自由空间。

2、上、下层结构柱网布置的改变转换层上、下结构形式相同，通过它可以使下部结构的柱距扩大，形成大柱网空间。多用于商住楼，以形成下部的大空间用于商场、停车场等。

3、同时转换上、下层结构类型和柱网布置上部剪力墙结构通过转换层变成框支剪力墙结构的同时，上部剪力墙的轴线与下部柱网错开，形成上下柱网不对齐的结构。多用于办公楼，上部用于小开间办公室，下部用于停车场或者大厅等。

三、高层建筑施工中需要注意的技术问题

1、施工技术形式的选择高层建筑施工技术的合理应用是整个建筑行业良好发展的基础所在，同时也是准确衡量一个国家建筑发展水平的重要指标。高层建筑其内部层数设计越高，相应的施工难度也就越大，因此对于建筑高度会产生极大限制的便是施工技术。在现今的高层建筑建设中，对于施工技术形式的科学选取极为重要。针对不同的施工项目、环境、功能布局要求，最终选取的施工技术也应有所不同。在高层建筑建设中，应确保技术形式具有较强的针对、安全性，以此确保整个工程施工的顺利进行。

2、施工管理体制的强化现今我国的建筑工程管理水平已得到了极大的提升，但是不可否认的是，在其管理体制方面还存在着些许问题。一个科学、合理的施工管理体制的落实实施能够全面保障整个建筑工程的施工进度及质量。强化高层建筑施工管理体制的系统化改革是有效提升管理水准的重要保障。

四、建筑结构设计中的转换层设计原则

1、在转换层设计过程中应尽量减少结构转换的竖向构件，应尽可能的多采用直接接地的构件，其能有效避免建筑刚度的减小，对建筑物抗震性能的提升有着重要的作用。

2、转换层的设计位置不能偏高，应尽可能的靠近底层位置。主要是由于建筑框支剪力墙结构的传力途径以及刚度发生变化时会直接造成转换层成为薄弱层，很大程度上降低了建筑物的抗震性能。

3、在进行转换层的设计时应注意传力路径的明确性，并且确保转换层的刚度。由于转换层结构本身起到的是结构转换作用，所以应保持其自身的受力平衡性。

4、要对剪力墙以及框支剪力墙的比例进行综合考虑，保证其横向落地剪力墙的数目超过横向墙的50%。

5、为了避免立柱柱角发生变形，在进行转换层设计时应保持其上部柱子和剪力墙的对称分布，将梁上立柱设置在转换梁垮中，从而避免转换梁变形作用下产生的支柱柱角变形加大。

五、转换层结构设计

1、梁式结构转换层技术设计

（1）需要设计模板支撑系统。从结构的安全出发，必须要通过软件或者是人工的精确计算来得出支撑系统的安全参数和支撑钢管的横截面和跨度、空间间距，从材料的利用程度考虑，要可以满足到模版的数次周转和装拆卸的便利；从结构设计的方面考虑的话，要对比较难支膜的部分和隐蔽的分支节点要通过软件得出详细的设计图。（2）需要设计钢筋的下料和绑扎方案。转换梁纵筋直径较大、数量较多、排数也多，箍筋直径较大、肢数较多、一般全长加密，构造腰筋须按受拉钢筋的锚固要求锚固在两端柱子内，所以钢筋的下料和绑扎比较困难。每一道梁式转换层的钢筋放样和下的材料都应该符合国际规定或者是本项目的行业规范和设计图纸的要求，必须先进行简单的布局排列，找出符合实际操作的捆绑方式再进行实际的操作，以此来防止下料之后没有按照一定的规则安置钢筋，使得钢筋没有捆绑好，作用力不强，影响到了混凝土的鼓捣密实程度。（3）设计混凝土的浇筑方案。转换层的横截面积和转换内部的构件体积过于大的时候，混凝土的浇筑必须符合该项目的浇筑要求，一般一次浇筑完毕，可以保证结构整体性较好，但是这个方法会导致鼓捣不到位而影响到了梁柱体的美观与质量，而且荷载会增加，对模版的安全系数也是一个很大的考验，施工时应加以注意。

2、桁架式转换层设计

桁架式转换层主要用于建筑不同功能区域上下部的连接，是由多榀钢筋混凝土桁架组合而成的一种承重结构。一般情况下桁架的下杆的截面面积较小并且高度较高，所以这一结构形式的施工难度较大且工序较为复杂。在具体施工设计过程中，应对转换层的内部结构进行综合分析，并对其受力情况进行分析计算，从而保证设计符合建筑质量要求。

3、厚板式转换层设计

厚板式转换结构虽然具有布置灵活、不需要正对下层结构的优点，但是其在施工设计过程中多需要的材料耗费较大，所以如果在采用厚板式转换层结构时，应注意对其受力角度的分析，适当的加强其配筋量，同时也可以从抗剪力和抗冲切力的角度出发，减轻其受力程度，对其内力以及配筋量进行合理准确的计算，并从其经济效益出发对其进行综合考虑。

六、设计中应注意的几点问题

1、转换层设置高度不宜过高

转换层高度越高，使得转换层对下部结构的动力特性影响越明显，同时传力路线的突变越大，使得下部结构更容易破坏；转换层高度低的建筑，只需控制侧向刚度比即可控制转换层附近的层间位移角；对于转换层高度更高的建筑，还须控制转换层上下部结构的等效刚度比。转换层高度越高，转换层上下部结构在地震作用下的变形效应就越大，转换层上下部结构等效侧向刚度比的作用也就越小。

2、柱宜直接落在转换层主结构上

根据《建筑抗震设计规范》中第E.2.4条规定：转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主结构上。即上部密柱宜与转换桁架斜腹杆的交点、空腹桁架的竖腹杆在位置上重合。这样使得结构的传力路线明确，受力合理，且相邻斜腹杆可形成拱效应，与竖腹杆共同承受竖向力，同时有利于提高结构抵抗地震竖向作用的能力。

七、结束语

总之，转换层结构设计问题一直受到人们的高度关注，在进行建筑设计的时候，要根据具体的实际情况，对转换层设计高度重视，优化设计结构，保证建筑的质量和安全。

作者:李风威 单位:郑州市规划勘测设计研究院

参考文献:

[1]卢长来.带转换层高层建筑结构设计分析[J].建筑知识：学术刊，2014（6）：112-112