高層建筑轉換層結構設計要點探析

李秀峰

（太原市明仕達煤炭設計有限公司，山西太原030001）

隨著我國經濟的不斷發展和社會的不斷進步，人們對生活的要求也不斷提高，“住”成為生活中不可或缺的一部分，對大多數高層建筑來說，將其主體結構設計為轉換層是必須的。為了滿足人們對住宅的需求，高層建筑的功能越來越趨向于多樣化、復雜化、全面化。在高層建筑中，轉換層的運用突破了常規的設計，在結構轉換的樓層中轉換構件，其對建筑結構的變化起到了一個過渡、銜接的作用，促使建筑中各個組成部分的不同功能得以淋漓盡致地發揮。轉換層有著復雜的結構，在轉換層的施工中，為了保證施工的質量，需要對設計的一些要點加以控制，采取各種措施來保證施工的質量。因此，對高層建筑轉換層結構設計要點的研究是刻不容緩的任務。

1 轉換層的設計原則

由于將轉換層設置在建筑中會使豎向剛度發生改變，導致抗震能力下降，因此，設計轉換層的時候，要嚴格遵循這些設計原則：盡可能選直接落地的豎向構件，需結構轉換的豎向構件要少用，因為它會使豎向剛度發生突變，降低建筑的抗震能力；在選擇轉換層的豎向位置時，盡可能選較低的位置；使用傳力路徑比較明顯的換層結構促進結構的分析和工程的實施；對于轉換剛度，把握宜大不宜小原則。這樣，就能夠減少建筑的剛度突變，防止建筑結構的變化而導致框支柱被破壞，保證抗震能力。

2 高層建筑轉換層結構形式和特點

如今，轉換層結構的工程應用正朝著形式多樣、方法多樣以及結構受力更好的方向發展。由于高層建筑的建筑和結構功能不同，轉換層分為梁式、桁架式、厚板式、箱型、巨型框架式等形式，而這些轉換層形式的設計方法又各不相同，。

2.1 梁式轉換

梁式轉換是高層建筑中使用頻率最多的結構形式。轉換梁的截面一般是0.8至6米，因為梁式轉換傳力路線明確，上部墻從梁直接傳力到下部的柱子，給建筑工程的研究計算和設計帶來很大的便利，在加上成本較低，所以應用范圍較廣。

2.2 箱式轉換

箱式轉換是通過雙向和單向兩個方面來實現的，與上下兩層較厚的樓板結合在一起，成為一個整體。這個方法需要轉換層有較大的剛度才能實現。

2.3 板式轉換

板式轉換是將厚度約為2.0至2.8米的轉換板作為轉換層，因為轉換層厚，對于剪、沖、切的耐力較好，主要用于轉換層上下部分錯開較大、無次序、梁承托不了的時候。這種形式的轉換層的下層靈活度大，但因為比較厚重，施工的時候相對麻煩，難度提高了很多。

2.4 桁架轉換

相對于其它的轉換層結構形式，桁架轉換層受力路徑更清晰，使用更靈活，抗震能力更好。但是由于節點的設計比較麻煩，加上其它因素的影響，運用范圍較為狹隘。使用桁架轉換時，因為節點多而復雜，剪切的難度提高，使用的配筋多，施工較為困難。若使用桁架轉換層，要求建筑有一定的層高，必須在3米以上。此外，上部分的節點與重心要對齊。還有，將力主要施在上下弦和斜拉腹桿中，可以降低成本。

2.5 斜柱轉換

斜柱轉換層能夠使混凝土的可壓縮性充分發揮，擴大建筑的可利用空間，但是會使水平荷載加大。因此，對斜柱轉換層施工時，要添加拉梁或者圈梁，將斜柱連接更多的樓層，促使建筑達到平衡，相對減少水平荷載，確保了建筑的安全。

2.6 巨型框架轉換

如今，有越來越多的建筑工程中都朝著巨型框架轉換的方向發展。其由多個梁式轉換層構成，主要是通過一些巨型柱與大梁互相平衡，抗側剛度好，抗震效果更佳。

3 高層建筑轉換層的設計要點

在高層建筑轉換層的施工中存在著諸多難點，主要難點有：結構構件的跨度以及構件截面尺寸大，鋼筋含量大，并且鋼筋排布十分密集，混凝土的強度等級高，又是大體積混凝土，樓層高且自重大，模板支撐要求高。根據高層建筑轉換層的設計原則和施工結構特點，并結合實際情況，對結構設計要點進行了以下分析。

3.1 設計戰略及選擇構件

根據高層建筑轉換層的設計原則和施工結構特點，首先要根據建筑的自身特點和設計要求來選擇最適合的轉換層。設置落地構件時，要做到對稱、均勻，貼近重心。使用的落地構件要高強度，通過鋼筋和混凝土的混合，提高構件的抗彎能力和抗剪剛度。

3.2 設計配筋和轉換梁

對配筋進行設計的時候，要根據支座負彎矩衰減迅速的特點，將鋼筋都深入牢固到支座上，避免選擇彎筋。梁跨稍小時可用以拉通建筑上層支座負筋。沿梁高的間距要低于200 m m，直徑要大于16的腰筋。設計轉換梁的時候，要綜合轉換梁內力大小和受力情況進行分析，注意分析轉換梁與上部的完全共同分作結果。據研究，把轉換梁當做深梁的受拉翼緣，可以獲得更佳的效果。

3.3 控制軸壓比和落地剪力墻的間距

根據工程的技術以及分析可以看出，框支柱在垂直或者水平荷載作用下的彎矩和剪力相對較小，其主要是承受軸壓力，所以要嚴格控制軸壓比。在考慮抗震程度時，對軸壓比的要求是低于0.6。對于落地剪力墻間距的控制，應當用比較厚的樓板，保證樓板厚度不低于200 m m對樓板的開洞數量要嚴格控制，使用雙向雙面鋼筋，在板角還要增加斜筋。這是因為地震會導致高層建筑轉換層的剪力改變，在自身平面內增加受力。控制好落地剪力墻的間距才能使建筑具有良好的抗震能力。

3.4 設計空間

一般來說，將高層建筑轉換層放在比較高2到3層的位置，設備轉換層大概在稍低的4到5層的地方是最為適合的，這樣既能充分利用空間，也使上下層得到適當合理銜接如果設置在和設備轉換層同樣高的地方，會浪費空間；放置較低則會增大側移剛度和扭轉剛度。

3.5 剛度的保證

對轉換層上下剛度的選擇也是很重要的，不能使上下剛度變化過大。設計時，使上下層剛度變化率接近1是做好的，不能大于2。為保證轉換層上下層剛度，增加空間層的剛度，可以通過加厚落地墻、減小洞口大小、設立補償剪力墻和采用更高強度的砼等方法實現。

結語

當前，高層建筑的功能越來越趨向于多樣化、復雜化、全面化，轉換層在高層建筑中的應用是不可缺少的。在高層建筑中，轉換層的運用突破了常規的設計，在結構轉換的樓層中轉換構件，其對建筑結構的變化起到了一個過渡、銜接的作用，促使建筑中各個組成部分的不同功能得以淋漓盡致地發揮。因此，在高層建筑轉換層結構的設計中，要結合工程的特點和實際情況，通過對建筑全方位的研究、計算和分析，選擇合理的轉換層結構設計方案，發揮優勢，解決問題，才能提高施工的效率。

[1]呂革，吳菲.談高層建筑中梁式轉換層結構設計在實際工程中的運用[J]，中國新技術新產品.2012，（12）：198-199.

[2]林紅雨.淺析高層建筑梁式轉換層結構的抗震設計--以某高層住宅建筑為例[J]，建筑知識：學術刊.2012，（02）：79-79.