高層建筑結構轉換層的結構設計

【摘要】轉換層設計是高層建筑特別是復雜高層建筑中經常遇到的問題，設計是否合理將會直接影響到建筑物自身性能，為了滿足需要對此就應該進行科學設計。轉換層包含多種結構形式，對于這些結構形式應該是根據工程實際條件來進行選擇。堅持科學的設計原則是實現科學設計的重要前提，在設計過程中對于一些關鍵問題應該引起重視。抗震性能及抗震設計就是其中非常典型的問題，鑒于抗震設計當前的規范還不健全，對于轉換層結構的抗震分析還應該進一步加強。本文對高層建筑結構轉換層的結構設計進行了探討。

【關鍵詞】高層建筑；結構轉換層；結構設計

高層建筑轉換層結構是建筑物中關鍵的一環，因此其結構設計要從工程實際、建筑空間分布、建筑結構受力、承載力分布等多個方面進行考慮，選擇合適的結構形式，從而提高轉換層的抗剪切力和承載能力，提高整體結構的安全性。同時在結構設計時，要強化關鍵施工要點的設計，嚴格遵守施工流程，切實提高工程質量。

1、高層建筑轉換層結構的種類、功能

一般的，轉換的構件會在建筑的柱列周邊進行布置，轉換形式主要有桁架式、梁式、箱形、板式以及空腹桁架式等。高層建筑中的轉換層具有擴大室內面積，提供較大出入口的功能。傳統的剪力墻結構的間距較小，比較適合對住宅客房以及旅館進行布置，而對于需要較大空間的會議室、購物中心、文化娛樂場所等進行布置時，就需要通過轉換層將部分傳統剪力墻轉換為框支剪力墻，以此來增大空間，滿足大空間建筑的功能需要。高層建筑中轉換層主要是為了將上下層結構進行轉換，上下層軸線進行轉換、柱網進行轉換等。在框架剪力墻結構中，通常采用將傳統剪力墻上部轉換為框支剪力墻來增大內部空間面積；而上下層柱網、軸線的轉變并未改變上下層的結構形式，只是通過改變轉換層的柱距來形成較大的柱網，這種轉換類型通常被用在外框簡底部來形成大入口；通過結構轉換層，將上面樓層的剪力墻結構轉變為框架結構，使上面樓層與柱網軸線錯開，從而形成上層、下層結構的錯位布置，實現轉換層的功能。

2、高層建筑結構轉換層的結構設計

2.1模板支撐選擇設計

首先需根據建筑結構進行模板支撐的合理選擇。高層建筑的結構轉換層的結構極為復雜，鋼筋分布密集，耗材較大，自重和載荷都較大，因此要想實現結構轉換層的合理設計就必須要根據建筑實際受力情況確定模板支撐系統，以保障支撐系統的承載能力和自身的穩定性能。一般地，經常用到的模板支撐系統有載荷傳遞法支模、一次性支模、疊合澆筑法支模等，當然這幾種模板支撐系統也有各自的優缺點，需要在實際的設計當中應根據相關設計要求合理選擇模板系統，從而從最大程度上發揮出模板支撐對高層建筑轉換層的作用。

2.2過渡設計、防震設計

結構轉換層在建筑中起到上下連接的作用，通常情況下結構轉換層的受力情況比較復雜，因為它承擔著整座樓房的重量，倘若設計不能達到相關標準，建筑結構轉換層設計不合理，就會埋下抗震能力較弱的安全隱患。由于結構轉換層的跨度較大，截面也較大，怎樣在這種情況下實現轉換層的合理過渡和有效利用就成為轉換層設計的要點和難點。就目前來看，高層建筑結構轉換層的結構形式主要有桁架式、梁式、箱形、板式以及空腹桁架式等，桁架式一般使用在轉換梁構件上部負載較大且跨度較大的體系中，其優點是傳力途徑較為清晰明確，具有較強的靈活性；梁式一般使用在較大空間的剪力墻結構中，其優點是受力明確，缺點是適用性較差，對地震的反應較大。在實際設計過程中，應根據實際情況進行合理設計和選擇。

2.3轉換層結構鋼筋設計

在進行結構轉換層的鋼筋使用設計時，首先應對鋼筋的排列次序進行合理設計安排。鋼筋在梁柱節點部位較為密集，含鋼量較高且主筋較長，部分高層建筑結構轉換層設計使用工字鋼或是大直徑鋼筋。在高層建筑轉換層設計時，鋼筋次序的合理安排就顯得尤為重要了。在進行結構轉換層設計時，應對設計的相關要求進行全面地了解，合理確定綁扎的次序、制作尺寸，對鋼筋之間的避讓、穿插關系進行全面考慮。當結構轉換梁高度比較大或是轉換板厚度比較大的時候，應采取相應的設計措施穩定鋼筋骨架，以確保結構轉換層設計能夠滿足建筑設計的相關標準。

2.4建筑轉換層上下結構的側向剛度比比值的確定

對建筑轉換層上下結構的側向剛度比比值進行有效的確定，才能更好地確保下部樓層的剛度得到有效的控制，同時確保轉換層的側向剛度達標，有效的預防轉換層側向剛度柔軟。所以在確定其比值時，當轉換層設置在3層及3層以上時，應按《高規》規定分別計算等效側向剛度比和轉換層本層與轉換層相鄰上部樓層側向剛度比，設計中應同時滿足這兩種剛度比的限制條件。且結合實際對其比值進行確定。當高層建筑為擴大外圍柱距的框筒結構或內部抽柱的框架結構時，由于建筑功能上要求下部柱子截面小，層高要比上層高許多，因此很難滿足上述要求。此時建議轉換層以下采用鋼骨混凝土柱或鋼管混凝土柱，這樣來調整柱的截面面積、剛度和延性，從而達到滿足建筑功能的要求。但這時應特別注意轉換層上、下的連接，當轉換層上部為鋼筋混凝土時，應將下部鋼骨混凝土柱錨入轉換層內。而對于底部大空間剪力墻結構。由于底部大空間剪力墻結構的底層高大以及部分剪力墻不落地改為框支后，底部剛度顯著減小，為防止底部層剛度突變，應控制轉換層上、下剪切剛度比：當底部大空間為1層時，轉換層上、下結構等效剪切剛度比r宜接近1，非抗震設計時不應大于3，抗震設計時不大于2。

結語：

總之，隨著我國城市化進程的深入發展，城市用地面積急劇減小，城市用地極為緊張，高層建筑的出現很好地緩解了城市用地緊張問題，其地位也越來越重要。轉換層的轉換形式復雜，而轉換層設計又是高層建筑設計的難點和重點，為保證高層建筑的建造質量，就必須要深入研究和掌握轉換層結構的設計要點，并在實際的設計當中，合理設計布置轉換層，分析整體結構和建筑結構受力特點，實現建筑設計的良性發展。