建筑轉換層結構設計有關要點

摘要：在這里闡述建筑轉換層定義應用以及結構的形式和要點，并給出了結構設計中要點，給設計工作一點借鑒。供大家參考。

關鍵詞：轉換層;結構設計;形式;要點

生活水平的提高建筑功能應該相應的順應人們的需求，在一座建筑樓房里，上面樓層常常是商用和住宅，中部樓層要求房間不同的辦公用房，下部樓層要求大的空間用作商店、餐廳和休閑場所，特殊要求的樓層就要特殊的結構形式，上部一般應用比較多墻體的剪力墻結構，中部應用一些柱、一些剪力墻結構，但是下部一般應用大柱網結構。要做到這樣的結構布置，需要結構轉換的樓層設置水平轉換構件，就是轉換層結構。才能使建筑功能符合老百姓的需求，因為當下土地更加的稀缺，所以建筑轉換層結構設計是時代發展的重要任務。

一、轉換層結構定義和應用

高層建筑在使用功能上，下部多為商業區，而上部多為辦公和生活區域。鑒于這種分布格局，轉換層建構在高層建筑中多出現在下部樓層，而上部樓層較多，這就造成了轉換層受力情況復雜，設計施工難度較大，稍有疏忽就可能導致災難性的結果。其次，高層建筑轉換層地震反應強烈。

二、建筑轉換層結構的形式

從轉換層的轉換功能來看，可分為以下幾種：上、下層結構形式的轉換，如上部剪力墻結構轉換為下部框架柱結構;上、下層結構軸網的轉換，如上、下軸網不重合;上、下層結構形式和結構軸網的同時轉換。從轉換層的結構形式來看，可分為以下幾種：

（1）梁式轉換：梁式轉換具有傳力路徑清晰快捷、工作可靠、構造簡單、施工方便等優點，是目前國內應用最廣的轉換層結構形式，占總數的85%以上。梁式轉換可用于8 度及8 度以下抗震設計，所不同的只是地面以上大空間的層數有限制，抗震設防烈度越高，地面以上大空間的層數限制越嚴。

（2）桁架轉換：當底部大空間樓層柱距較大時，轉換梁高度常達到樓層的整個高度，而又不能開洞，因而該層無法利用，采用桁架式轉換可解決這一問題。桁架轉換具有傳力明確、傳力途徑清楚，但構造和施工復雜，特別是節點處的設計和施工。桁架轉換層上部的結構要求是“強柱弱梁、強邊柱弱中柱”，這也是設計原則。而在空腹轉化成施工中，空腹桁架要整層鋪設必須保證要有一定的強度來支撐。轉換層的截面尺寸要根據剪壓比來計算和確定，這樣可以提早預防變形。當轉換桁架用于框架-核心筒結構、筒中筒結構的上部密柱轉換為下部稀柱時也要進行滿層鋪設，并將兩者斜桿的交點作為上部密柱的支撐點。最后就是應加強轉換桁架的每一個節點的剛度，而對其結構也要進行完善，防止預應力問題而產生的結構強度問題。

（3）板式轉換：當上部剪力墻布置復雜，上、下軸線錯位較多，用轉換梁結構難以直接承托時，需采用厚板式轉換結構。板式轉換結構具有上部墻體及下部柱網可靈活布置，不受結構軸網限制等特點。它的不利之處在于，結構構件超大、自重大、結構層間剛度大、材料消耗大、工程造價較多等。板轉換可用于非抗震設計和6 度抗震設計。作為轉換構件的厚板，其結構自重大、耗費材料多，導致其經濟性較差。由于在轉換層集中了相當大的質量，剛度又很大，造成轉換層處結構的上下豎向剛度突變，容易產生薄弱層。目前，對轉換厚板的抗震性能、受力機理和傳力途徑的研究，還不是很完善，導致其安全可靠性比較差;但是厚板轉換也有其比較突出的優點，即特別適用于轉換層上部豎向構件布置比較隨意、柱網錯綜復雜的建筑，且模板工作量較少、施工簡便快捷。

（4）箱形轉換：當轉換層上、下板厚較大，與中間托梁一起共同工作時，形成箱形轉換結構。箱形轉換層可用于上、下層結構形式轉換、柱網尺寸擴大及軸線錯位等。

（5）斜柱轉換：當上層結構在下層兩柱之間增加一根柱時，可采用斜柱轉換外加環梁的轉換方式，采用此轉換可避免采用耗材較大的梁式、板式轉換，而且方便管道的通過（當轉換層為結構避難層）。

（6）巨型結構轉換：巨型結構體系又稱超級結構體系，是由巨型的構件組成的簡單而巨型的桁架或框架等結構，作為高層建筑的主體結構，與其他結構構件組成的次結構共同工作，從而獲得更大的靈活性和更高的效能，特別是在次結構的頂層，可設成整層無柱空間。

（7）其他結構形式轉換：如美國IBM 大廈的拱式轉換，將上部密排柱通過拱的作用傳遞到下部大柱中。__

三、建筑轉換層結構設計要點

（1）為了保證轉換層結構上下層主體結構的總剪切剛度滿足的要求，常常要采用加大轉換層下部主體結構豎向構件（主要是核心筒體）截面尺寸、提高其混凝土強度等級、增設剪力墻等方法。這里由兩個問題值得注意：①筒體截面尺寸增大導致結構地震總反應增大以及筒體在整個下部結構抗側總剛度中所占的比重變得更大，筒體所承受的地震荷載呈現級數增大的趨勢，此時作為抗震第一道防線的筒體的安全設計更應得到充分重視;②在增設剪力墻來提高抗側剛度時，要注意整體剛度的均勻分布，保證剛度中心與質量中心盡可能重合，避免由于兩者偏心引起的建筑物整體扭轉。

（2）剪力墻的合理布置對上下剛度傳遞的影響。前面提到要使上下兩種不同結構形式內力得以準確傳遞，首先要盡量避免轉換層上下結構的剛度突變，這個問題可從兩方面解決：①減少上部剛度，即上部住宅能不設剪力墻的部位就不設剪力墻，墻肢在滿足軸壓比的前提下盡量短;②加大下部剛度，在建筑使用功能允許的條件下，可在大空間層的適當部位設置若干落地剪力墻，同時注意落地剪力墑的布局應均勻、對稱，避免過于集中。

（3）轉換層結構剛度的合理選擇。在進行轉換層結構設計時，存在著轉換層結構剛度合理值的問題。當轉換層剛度過大時，一方面引起地震反應和結構豎向剛度的突然增大，使轉換層上下層處于更加不利的受力狀態，另一方面材料用量增加，結構經濟性不合理。當轉換層剛度過小時，上部框支部分的豎向構件與其它豎向構件之間可能出現較大的沉降差，從而在上部結構中與該部分豎向構件相連的水平構件中產生明顯的次應力，導致其配筋增加。這一點在正交主次轉換梁結構中的轉換次梁中表現最為突出，此時不僅轉換次梁要選用合適的截面尺寸，還要保證轉換主梁具有足夠的剛度，以減小因轉換主梁撓度引起轉換次梁的支座沉降而導致上部結構構件產生的次應力__

四、結語

現在，高層建筑的功能更多的需要向著多樣化、復雜化、全面化，轉換層在高層建筑中具有廣泛的拓展前景。在高層建筑中，轉換層的運用改變了一般的設計，在結構轉換的樓層中轉換構件，其對建筑結構的改變開起了一個過渡、銜接的功能，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具體情況，根據對建筑全面的研究、計算和分析，運用有效的轉換層結構設計辦法，展現優勢，排除難題，有效提高施工的效率。保障建筑物的安全性和實用性。

參考文獻：

[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.