淺析高層建筑轉換層結構設計

王新宇

摘 要：在高層建筑結構設計中，轉換層結構設計屬于設計中十分關鍵的一個環節，針對于此，本文簡單分析了高層建筑的轉換層結構設計中的相關內容。

關鍵詞：高層建筑；轉換層結構；結構設計

1 前言

轉換層是高層建筑中應用較為廣泛的一種結構，其可以有效提升建筑的質量及使用性能，設計人員必須要做好高層建筑結構轉換層的設計工作。

2 高層建筑轉換層結構的設計要求

高層建筑為適應現代發展的需要，趨向于多功能和多種用途的發展。為了使高層建筑功能的要求得到滿足，在高層建筑結構的底部，如果上層豎向構件不能直接連續貫通落地的話，就需要考慮轉換層的設置，將轉換層結構構件合理的布置在轉換層中。如果高層建筑中上部樓層的結構體系和下部結構體系有著較大差異的話，就需要在結構體系發生改變的樓層內進行轉換設計。在部分框支剪力墻結構中，上部空間較小，主要是剪力墻結構，底部空間較大，主要是落地剪力墻和支撐上部剪力墻的框支框架共同形成的。這種結構類型的適用范圍較廣，由于其底部空間較大，能夠滿足多種類型的建筑要求，底部應用如餐廳、商場、車庫等，上部應用如住宅、公寓以及賓館等。

3 高層建筑常見的轉換層結構形式

3.1 梁式轉換層

在梁式轉換層結構中，中底部是大空間的框支剪力墻結構體系，上部剪力墻被固定在框支梁上面，整個結構體系憑借框支柱的支撐作用產生。應用雙向梁布置能夠達到相應的縱橫向轉換。在高層建筑結構設計中，由于施工簡單，傳力精確的優點，梁式轉換層使用非常多，當遭遇上下軸線要求錯位布置的時候，增設較多的轉換梁會對空間受力產生影響，此時造成受力情況較為復雜。

3.2 桁架式轉換層

桁架式轉換層受力路徑清晰，應用靈活且抗震能力較好。這種結構形式主要是從梁式轉換層結構發展演變而來的，桁架式轉換層一般由鋼筋混凝土構成，其上下弦桿及腹桿截面尺寸較小，在轉換層的上下樓面結構層內，整體性能較好。但是施工方法較為復雜，需要專業的有著熟練知識的技術人員施工，施工難度較大。該結構設計的重點是節點設計，應加強上、下弦桿與框架柱及豎向腹桿的連接構造，同時在施工中對節點部位要求也較高。

3.3 箱式轉換層

當轉化梁截面積較大且一層樓板無法達到平面內樓板剛度的假定值的時候，應該設置箱式轉換層。在轉換梁底和梁頂之間增加一層樓板，構成箱形梁，以使得假定值與實際值更接近。通常箱式轉換層能夠在整個平面分布，和周圍建筑互相環通，最終形成箱式轉換層。并且它還可以以設備層來應用，約束性強、轉換梁剛度大、上下之間能夠均勻傳力。針對設計這類轉換層，要求添加非常多的設備洞，復雜的施工技術也增加了工程造價。

4 高層建筑轉換層結構設計的要點

4.1 轉換層結構的布置

①確保上層建筑結構的穩定性，可以采用轉換大梁、桁架、空腹桁架、斜撐、箱形結構等來保持穩定性；②內筒貫通落地，并在底部增加墻的厚度，確保筒體結構的整體性。建筑的落地剪力墻同樣需要在底部增大墻體厚度，并保證其間距，避免出現樓板錯層現象，保障結構的整體性和剛度，以防止轉換層下部結構受到破壞而影響整個建筑的安全；③框支剪力墻轉換層上層墻體不能安置邊門洞，中柱上方也盡量不要安置門洞，防止轉換部位破壞。如要安置門洞的話可在墻體中部安置門洞，保障受力均勻；④轉換層結構上部的墻、柱應直接落在主要轉換構件上，如框支主梁。

4.2 轉換層結構的選型

對于目前的高層建筑，若實施轉換時選擇的是厚板，會發生下面幾種情況：首先，較多用量的板材以及混凝土，會提高投資成本，增加了施工的困難系數；其次，復雜的結構受力情況，使得計算起來十分繁瑣，假如選擇箱形結構作為轉換層，這種結構能夠確保結構的整體性，也能夠保證結構中豎向構件的合理傳力。但在具體的設計過程當中，這種轉換層的轉換方式十分復雜，分析起來也十分繁瑣，加上技術水平不高，會造成具體設計工作非常困難，施工難度較大。如果使用梁式轉換層，相對來說是非常的經濟合理，并且設計起來也非常簡單，施工難度低，傳力路徑非常清晰。

4.3 轉換層結構抗震設計

為了保障高層建筑整體的抗震性能，就必須保障轉換層結構的抗震性能。在水平地震作用時，一般傾覆力矩的分布曲線在轉換層結構處出現轉折，因此轉換層的內力較大，需要全面考慮地震作用的影響。可以通過振型分解反應譜法或者時程分析法來計算地震作用。8度時，還要考慮豎向地震的影響。轉換層結構的計算內力應乘以放大系數，以確保其安全性。高位轉換對抗震性能十分不利，應避免在3層或是3層以上進行轉換，否則應提高結構的抗震等級。設計中還應注意控制框支柱的軸壓比。

4.4 剪力墻的科學設置

剪力墻會跟隨建筑高度的增加而發生變化，并且，伴隨高度的增加剪力墻也會發生變化。所以，應優化并加強剪力墻框支柱的設計。剪力墻框支柱的均勻性，包括框支柱之間距離的科學性一定要符合相關規范，通常支柱和支柱之間的距離應該控制在11米的范圍內。根據高層建筑結構空間布局的不同情況，例如抗壓力和應力大小要求的差異，應該合理調整剪力墻的相關設置。在轉換大梁的設計過程中，設計人員應該充分了解梁體的整體受力情況，合理進行轉換梁兩端的結構處理，最終確保結構轉換層的整體性能，并且使得高層建筑結構整體的性能也能夠得到相應的保障。

4.5 轉換層的計算要求

轉換層結構的分析計算需要對整體結構進行分析，根據三維空間協同工作計算位移和內力。同時注意，在完成整體分析后還要對受力復雜的轉換層部位進行精細分析，可以采用平面有限元分析法。建筑底部為1、2層大空間時，一般采用轉換層上下等效剪切剛度比來反映結構剛度的變化，非抗震設計時，此值不應大于3；在抗震設計時，此值則不應大于2。如果轉換層在3層或以上，則要求其側向剛度不小于相鄰上部樓層的60%。在抗震設計時，如果采用的是高位轉換的話，轉換層上下等效側向剛度比不應大于1.3。

5 結語

綜上所述，隨著高層建筑的不斷發展，帶轉換層的高層建筑結構越來越多，設計人員在高層結構設計中，要對結構轉換層的具體形式和內容有深入了解。

參考文獻：

[1] 張林晨.高層建筑轉換層設計的探討[J].住宅與房地產，2016.

[2] 呼延，競飛.帶結構轉換層的高層建筑結構設計[J].中國新技術新產品，2016（10）.

[3] 魏純虎.高層建筑中轉換層結構的設計[J].低碳地產，2016（18）：413.