高層建筑轉換層結構設計研討

摘要：本文根據建筑結構轉換層一般類型與受力機理研討并結合作者實際工作設計經驗，認真仔細的分析高層建筑結構轉換層的多種型式，結構傳力機理、結構設計原則，并對設計細節進行了合理化的分析，對設計要點進行了詳細研究探討。希望大家借鑒參考。

關鍵詞：高層建筑；轉換層；設計原則；結構形式

前言

近年來，由于我國經濟的快速發展，人們物質生活水平的提高，對居住的高層建筑物要求也越來越高，更趨多元化和多樣化。現代高層建筑較為常見的形式為，上部為小開間的住宅，其下部為大開間的商場或公共娛樂設施。從建筑物的功能上來分析，建筑物的上部需要

較多的墻體來分隔空間以滿足住戶型的需求，下部則希望有盡可能大而靈活的空間，大柱網少墻體，以滿足公共需求。按照這樣布局的建筑物結構受力布置時，則為上大下小，與常規的結構豎向受力布置的原則正好相反。因此，為滿足建筑物的功能要求，在結構設計方面設置結構受力轉換層，通過其框架梁及構件將結構受力傳遞至地下基礎。

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 轉換層一般類型與受力機理研討

轉換層根據建筑功能的需要，可作為正常使用的樓層，但應有較大的層高作為保證；在層高受限制或設備專業需要時，也可以作為設備層，在結構型式上，轉換層在設計常分為以下幾種類型：

2 1梁式轉換層，即將上部剪力墻在框支梁上，再由框支柱來支撐框支梁的結構受力體系。當需要縱橫向同時轉換時，則采用雙向梁布置。其優點為設計和施工均相對簡單快捷，傳力方向較為明確，是目前應用最廣的轉換層結構型式。一般運用于底部大空間的框支剪力墻結構體系。

2 2箱式轉換層，當轉換梁截面過大時，設一層樓板已不能滿足平面內樓板剛度無限大的假定。為了使理論假定和與實際相符，可在轉換梁梁頂和梁底同時設一層樓板，形成一個箱形梁，箱形梁的這種轉換結構，一般宜遍布全層設置，且沿建筑周邊環通構成“箱子”，即稱箱式轉換層。箱式轉換層的重要優點在于，轉換梁的約束強，剛度大，整體受力效果好，上下部傳力較為均勻，還可將其利用作為設備層，其缺點是施工復雜，造價較高。此外，轉換層還有厚板式轉換層、桁架式轉換層等。但大都因受力復雜且施工難度大、經濟效益不高而實際應用相對少。

2 3梁式轉換層的受力機理分析：梁式轉換層結構的傳力途徑為墻- 梁- 柱（墻）的形式，傳力直接，便于分析計算。轉換大梁的受力主要受上部剪力墻剛度、剪力墻與轉換大梁的相對剛度和轉換大梁與下部支撐結構的相對剛度影響。為弄清轉換梁結構與上部墻體共同工作的性能，文獻中已對轉換梁承托層數對其內力的影響進行用有限元程序進行了分析，從分析結果中我們知道，對一般結構轉換大梁（跨度小于12m），上部墻體考慮3 層與考慮4 層、5 層內力的設計控制內力差異不大于5%，故在分析計算時可只考慮計算3 層。從計算分析不論轉換大梁上部墻體的形式如何，只要墻體有一定長度，轉換大梁中的彎矩就會比不考慮上部墻體作用要小，同時轉換大梁也會有一段范圍出現受拉區。主要原因：一是由于轉換大梁處于結構整體彎曲的受拉區，應力積分后在轉換大梁中就會出現軸向拉力，二是由于上部墻體豎向力作用于轉換大梁時形成了拱的傳力方式，這樣豎向力轉變成斜向力作用于轉換大梁，從而在轉換大梁跨中出現拉力，支座出現軸向壓力的情況

3 建筑轉換層的設計重點

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200mm，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離

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200mm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。

4 結語

當下，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。在現代高層建筑的轉換層結構中，因其應用功能的多樣化而使建筑物結構傳力體系復雜，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。

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.