對建筑轉換層結構設計的探討

王小兵

摘要：筆者結合多年建筑工作經驗，從建筑物結構轉層的特點和形式著手，對建筑轉換層結構設計優化方案做了簡單介紹。

關鍵詞：建筑物 轉換層 結構設計 特點 形式 優化方案

1 建筑物結構轉換層的特點

進入二十一世紀以來，建筑物內部結構越來越復雜、功能種類不斷增加。轉換結構構件在高層建筑物中占據著不可代替的作用，該構件需要承受以上建筑體的總體重量，同時還要承受下部建筑物的多層荷載，轉換結構因此存在較大的內力，轉換結構的設計直接受豎向荷載的影響。轉換結構自身具有數倍于上部建筑物的跨度的特性，其豎向撓度是影響轉換層施工的重要因素。眾所周知，建筑物轉換結構必須具有較強的剛度和硬度，其界面面積相對較大。建筑物結構中由于設置了轉換層，與建筑物高度平衡的結構剛度會受到嚴重影響，因此，轉換層結構的分析和設計不能以常見的建筑物結構為主。

2 建筑轉換層結構形式

2.1 梁式轉換 梁式轉換的特點主要有傳力路徑準確、工作可靠性高、構造簡單以及施工方便等，這種轉換形式在我國高層建筑中運用十分廣泛。梁式轉換的抗震設計效果明顯，可以用于8度及8度以下的抗震設計，但是，這種轉換形式對轉換層上部建筑物層數有嚴格要求，抗震設防烈度越高，轉換層上部空間層數越少。

2.2 桁架轉換 桁架結構與其他結構相比具有傳力路徑清晰、傳力明確等特點，該轉換形式可以有效解決轉換梁不能開洞等問題，但是，桁架轉換的整體構造和施工必須復雜，尤其是節點位置的設計和施工，是施工人員最為頭痛的問題之一。桁架轉換上部結構必須滿足“強柱弱梁、強邊柱弱中柱”的要求，其截面尺寸與剪壓比有直接關系。

2.3 板式轉換 板式轉換可以同時運用于非抗震設計和6度抗震設計，其主要特點有結構質量大、用材多。導致其經濟效益偏低。板式轉換層剛度和強度非常大，容易導致上下豎向剛度發生較大變化，最后引發薄弱層等問題。依據我國現階段研究現狀來看，板式轉換的抗震性能、受力機理以及傳力途徑的研究還有很多問題需要完善。

2.4 箱形轉換 箱形轉換結構的形成與上、下板厚度有直接關系，當較厚的上、下板與中間托梁儀器工作時，就會形成箱形轉換結構，該轉換層主要用于建筑物上、下層結構形式的轉換，還可以用于解決柱網尺寸擴大以及軸線偏離等問題。

3 建筑轉換層結構設計優化方案

3.1 遵循建筑物設計方案 建筑物轉換層在進行設計之前，設計人員必須對建筑物的設計方案有充分的了解，將轉換層設計方案與建筑物設計方案相結合。設計人員在了解建筑物整體設計方案之后，應該根據建筑物的整體需求，選擇合適的梁式、箱式、桁式以及框架式結構，從而保證轉換層與建筑物整體結構的一致性。例如，建筑物上層結構與下層結構中柱網偏離程度過大時，設計人員應該明確梁式結構是最佳選擇，因為這種結構形式可以使上部軸網和下部軸網最大程度對齊。

3.2 保證轉換層的剛度 建筑物的整體質量受轉換層剛度影響，尤其是高層建筑物設計與施工時，必須高度重視轉換層的剛度。由于高層建筑物具有較大重量，轉換層必然承受較大的垂直荷載，然而，轉換層的結構又很容易導致轉換層整體剛度不均勻，轉換層也因此成為建筑物的薄弱環節。保證轉換層的剛度首先要確保轉換層的結構剛度必須與建筑物上部結構剛度保持協調，設計人員應該結合實際狀況，科學地調整轉換層內部剪力墻的分布情況，通過增加剪力墻的厚度提高轉換層的強度。另外，施工人員還應該選用優質的混凝土材料進行轉換層施工，縱橫墻應該按照筒體結構進行分布，保證轉換層強度的同時，提高建筑物整體的抗震性。

3.3 提高轉換層與建筑物的整體性 提高轉換層與建筑物的整體性需要設計人員從轉換層的設計上著手，設計人員應該在充分了解建筑物設計圖紙要求的前提下，進行轉換層結構設計。轉換層與建筑物具有整體性機能保障建筑物的穩定性，又可以延長建筑物的使用壽命，因此，設計人員應該簡化轉換層的設計方案，保證轉換層的質量中心與剛度中心的一致性，明確轉換層的受力來源，防止建筑物轉換層各種質量問題的發生。

3.4 合理安排轉換層位置 受建筑物整體結構的影響，尤其是高層建筑物，其受力模式十分復雜，建筑物內部力的種類非常多，作用力的分布范圍廣泛。當建筑物達到一定高度后，建筑物所受的各種作用力會隨之增強，建筑物設計施工也會受到嚴重影響。因此，設計人員必須合理選擇轉換層的位置，位置不宜過高，也不能太低，位置過高或者過低轉換層內部所受的力過大或者過小，對上下層截面的剛度會產生直接影響，從而影響建筑物的抗震能力，因此，設計人員應該結合建筑物的整體施工狀況選擇合適的轉換層位置。

4 結束語

伴隨著生活水平的提高，人們對建筑物的要求越來越嚴格，建筑物轉換層設計與建筑物質量有直接關系，因此，設計人員必須高度重視轉換層的結構設計。設計人員應該在了解建筑物轉換層特點的前提下，針對各種轉換層形式，優化轉換層設計方案，為我國建筑行業的發展建設作出應有的貢獻。

參考文獻：

[1]張博.高層建筑梁式轉換層結構設計原理及其應用[D].湖南大學，2011.

[2]趙恒.對高層建筑轉換層結構設計的有關探討[J].中國建筑金屬結構，2013.

[3]張玉石.高層建筑轉換層結構設計中的問題分析[J].科技創業家，2013.