高層建筑轉換層結構設計中的問題分析

張桂山

（北京森磊源建筑規劃設計有限公司長沙分公司　湖南　長沙　410000）

高層建筑轉換層結構設計中的問題分析

張桂山

（北京森磊源建筑規劃設計有限公司長沙分公司湖南長沙410000）

隨著社會經濟的快速發展，人們對各種服務行業的要求也越來越高，尤其是隨著高層建筑的快速發展，為了更好的符合人們的需求，其也在向著多樣化、復雜以及多功能的方向發展，但這也加大了建設的困難。在此情況下，本文對高層建筑轉換層的類型和設計方法、轉換層結構設計中存在的問題做出了一定的研究。

高層建筑；轉換層；結構設計；類型

引言

高層建筑轉換層結構設計是一項較為復雜的工程，所以在施工之前，必須對其進行仔細的分析與討論，并在確定無誤之后才可進行施工。基于力學的角度可知，高層建筑轉換層的上下層內力是比較集中的，且地震力也較為集中，所以設計工作極其困難，這也成為目前我國高層建筑設計的重要問題之一。因此，為了確保高層建筑設計的舒適與安全，必須在高層建筑結構變化位置設置轉換層。

1　高層建筑結構轉換層的類型及設計方法分析

1.1梁式轉換層

1.1.1托柱形式轉換梁截面設計

當轉換梁需要承接上部普通框架時，可依據普通的截面設計來進行配筋的計算，主要原因是此時的轉換梁承受的力基本上是和普通梁承受的力一樣的，但當轉換梁需要承受上部斜桿框架時，應按照偏心受拉構件來進行相應的截面尺寸的設計，此時是因轉換層需承受的力基本來自軸向拉力。

1.1.2托墻形式轉換梁截面設計

在轉換梁施工中，力學問題是非常關鍵的問題，所以必須對其予以重視。同時，當轉換梁承受上部的墻體是小墻體時，應采取普通梁的截面設計方式進行配筋的計算，并在轉換梁的底部位置放置縱向鋼筋，此時不存在其他特殊的需求，只需要像普通梁一樣布置即可。此外，當轉換梁需承受上部墻體力且滿跨不開洞時，應對轉化梁采取深梁截面設計方式，且其受力特征以及破壞形態變現為深梁，但此時的轉換梁跨中，有較大范圍的內力較大，所以此種情況下的轉換梁縱向的鋼筋不應彎曲或截斷。而當轉換梁需承托上部墻體滿跨或不滿跨，同時其剪力墻長度又較長時，應采取深梁截面設計方式。

1.2箱型轉換結構

當轉換梁的截面較大時，可以在其梁頂和梁底位置同時設置一層樓板，并使其遍布整層，最終使得整層都成為一個“箱子”的形式，也因此被人們廣泛的稱為“箱型轉換層”。“箱型轉換層”是高層建筑設計中較為常見的一種結構形式，但在其設計過程中，應注意合理設置其支撐體系，進而更好的確保高層建筑施工質量。在高層建筑施工過程中采用的箱型轉換結構主要特征包括：層高大、自重大、混凝土強度高、結構受力比較復雜、墻柱模板支設比較困難等，其中較為主要的優勢是轉換層自身整體性較好，但除了這些優勢或特征之外，其還具有一些缺陷，主要為其直接占用了整個樓層的面積，進而使得整個樓層都不能再有其他的用途了，而只能作為設備層來使用；除了這一缺陷之外，其還具有自重大、造價高的缺點，這也是其在實際施工中較少使用的主要原因。

1.3厚板式轉換層

厚板式轉換層最主要的優勢是布置的靈活性，且其整體性也是較好的。當上、下柱網線錯開的較多時，幾乎是很難用梁來進行承托的，此時就可采用厚板式轉換層形式，并將其作為厚板，且厚板的實際厚度還可依據上下結構和柱網尺寸決定，但是此種厚板式轉換層的自身重量是比較大的，且其地震作用也較大，耗費的材料也較多，這也就是說這種厚板式轉換層不僅會耗費較多的資金，還較容易發生震害，因為這些缺陷，這種厚板式轉換層形式還未得到廣泛的采用。此外，此種厚板式轉換層可通過TBSA等的三維空間分析程序的采用對其整體內力進行仔細的分析，主要是轉換板的不規則邊界，此時一般都會采用有效單元法進行內力分析，除了這種內力分析方式，還可采用復雜樓板有限元分析軟件進行進一步計算，同時還可對板在受到豎向壓力荷載的受彎與局部壓力等進行計算。

1.4桁架式轉換層

在高層建筑中，桁架通常有兩種分類，一種是空腹桁架，另一種則是實腹桁架。而桁架式轉換層主要是由梁式轉換層結構轉變得出的，如圖1，相比于梁式轉換層，其受力更為明確一點，且其還具有整體性好、抗震能力強等優勢，此外，其框架支柱柱頂彎矩和剪力也相對小一些，但除了這些優勢之外，其缺陷也是較為明顯的，主要包括施工難度大，更加復雜、節點設計難度大等。當高層建筑下部為大商場時，必須具有較大的空間，而當其上部為居住辦公等小空間時，就可采用桁架式轉換層進行結構的設計與施工，尤其是在需要設置一些管道時，更需要采用此種方式。通常在采用桁架式轉換層進行施工時，應跨滿層進行布置，且上弦節點還要與上部密柱中心對齊。此時因桁架式轉換層的重量比較小，所以也減小了下部框架的承重負荷。

圖1　桁架式轉換層

2　高層建筑轉換層結構設計中的問題分析

2.1轉換層的結構布置設計問題分析

（1）在高層建筑結構施工過程中，如果采用轉換層結構設計，其豎向構件是無法直接連續貫通落地的，導致這種現象最主要的原因是不同樓層之間豎向構件的分布位置處存在的差異。所以，只有采用一定的轉換構件，才可確保高層建筑上層結構的穩定性。此外，在建筑轉換層中所使用的轉換結構一般都是轉換大梁、桁架、空腹桁架、斜撐、箱形結構以及厚板等。

（2）在高層建筑的簡體結構設計中，如果有轉換層存在，則此筒體結構的內筒一定要貫通落地，同時還要增加一定的墻壁厚度，進而提高筒體結構的整體性和剛度。其與簡體結構一樣，框支剪力墻結構中的剪力墻也要貫穿落地，然后加大墻壁的厚度。特別是在建筑抗震結構的設計過程中，必須嚴格控制落地剪力墻間距設計，且在落地柱周邊的樓板中不能發生錯層情況，進而較好的避免建筑轉換層下部結構遭受破壞。除此之外，在進行建筑轉換層結構的設計時，必須嚴格遵守上述規定，進而確保高層建筑結構的剛度，并避免出現內力傳遞突變和樓蓋錯層現象。

（3）在框支剪力墻結構設計中，轉換層的上一層盡量不要在建筑兩側附近設置邊門洞，同時也不要在中柱上方位置處設置任何孔洞，進而有效避免因框支剪力墻的剪力增大而發生應力集中現象，最終使轉換層結構的墻體受到破壞。此時，如果必須要設置一定的門洞，最好在墻體的中部進行門洞的設置，進而確保建筑結構各部位的受力均衡。

2.2轉換層結構的抗震設計問題分析

（1）在轉換層結構的抗震設計時，采用高位轉換方式對結構的受力是非常有利的。經過相關計算與分析可知，經過水平地震的作用之后，傾覆力矩分布曲線在轉換層處會呈現處轉折，且其轉換層下部也都是以剪力墻為主的框架剪力墻結構，而落地剪力墻所分配的傾覆力矩由轉換層往下遞增較快，但支撐框架的傾覆力矩的遞增會很少。

（2）在高層建筑的轉換層處，框支剪力墻的大量剪通常都是通過樓板傳遞給落地剪力墻。當轉換層的位置處于較高的位置時，建筑的剪力分配以及傳力方式也會發生較大的變化，而落地剪力墻也更容易產生裂縫，且框支剪力墻在轉換層上部的墻體所受的內力也是相對較大的，同時也極易被破壞。同樣的，建筑轉換層下部的支撐框架也更容易屈服，進而形成幾個薄弱層。

3　結語

在高層建筑施工中，結構轉換層的設計一直以來都是建筑行業人員高度重視的問題，同時，因其結構的復雜性以及巨大的工程量，相關施工人員需對其進行充分的了解，并科學合理的規劃結構設計。其中，對于高層建筑轉換層設計，一定要采用合理的、適宜的轉換層形式，并在進行布置工作時，通過加強主要構件的方式來提高設計結構的安全性和穩定性。

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[3]徐政輝.某高層建筑中轉換層的結構設計與施工[J].山西建筑，2012，38（8）：46～48.

TU972

A

1673-0038（2015）39-0031-02

2015-9-13

張桂山（1983-），男，工程師，本科，主要從事建筑結構設計工作。