帶轉換層的高層建筑結構設計研究

張中良

摘要：隨著城市化進程的加快，激化了建筑用地與城市其它用地之間的矛盾，使得建筑功能越來越復雜，建筑成本也越來越高。在此背景下，推動了帶轉換結構的復雜高層建筑的實現。這種結構形式在滿足同一地塊建筑功能的多樣化方面以及提高土地資源利用率方面發揮著重要作用。但這類建筑也面臨著豎向結構剛度突變，抗震性能較普通建筑差，設計難度高等問題。這類建筑一旦存在設計質量問題，將會影響建筑物的安全性。對此，本文對結構轉換層的含義和主要特點進行了研究，并分析了帶結構轉換層的高層建筑結構設計的原則，以及結構轉換層的結構選擇和轉換層主要構件的設計要點，闡述了設計高層建筑轉換層結構時需要注意的要點，有利于保障設計質量和效果。

關鍵詞：帶轉換層;高層建筑;結構設計

引言：社會不斷進步，人們的居住環境以及整體生活質量和水平也在不斷提升。在這樣的背景下，人們對生活的總體需求也在增加，在高層建筑的實踐中，可以不斷完善建筑整體服務的質量和功能。在現代高層建筑的設計和施工過程中，為了保證建筑結構的合理布局，應做好結構轉換層的相關設計工作，確保結構在實際過程中能夠達到良好的均勻性和堅固性。結構的科學合理設計直接關系到高層建筑結構的整體穩定性和建筑質量的提高。因此，在高層建筑的設計和施工中，必須對結構轉換層的結構設計給予足夠的重視。

1、建筑轉換層的含義和特點

在高層建筑中，上部過多的建筑設計以及下部過少的建筑設計都是與力學原理相違背的，在這種情況下，為了確保高層建筑的整體質量，并且能夠具有多元化功能，通常會在上下部建筑之間增添一個過度層，這也就是我們所說的轉換層，轉換層的主要功能如下：

1.1對于上下層結構類型的建筑來說，通過轉換層可以將上部的剪力墻轉換為下部的框架，這樣能夠讓內部的空間變得更為寬敞。

1.2通過改變上、下層結構的柱網和軸線，同時保持轉換層上、下層的結構形式不變，這樣能夠使下部結構的柱與柱之間的距離增大，從而形成大柱網。

1.3轉換上、下層結構的類型，同時轉換柱網上部剪力墻的結構，在轉換層轉換為框支剪力墻結構的過程中，就能夠將下部柱網與上部剪力墻的軸線錯開。

2、帶結構轉換層的高層建筑結構設計的設計原則

目前，我國結構轉換層主要有以下幾種類型，如箱型轉換層、梁式轉換層、桁架轉換層、板式轉換層等。設計師應根據實際工程需要，采用不同的結構類型，以保障高層建筑的結構設計質量。但還要遵循一定的原則：①做好數據的收集與計算工作，保障結果的精準性。②做好建模工作，將這些數據上傳至計算機系統中，并按照一定的比例進行輸出，確保建模設計效果，便于分析問題。③當對整體結構計算時，至少采用兩種計算模型，合理分析高層建筑結構的彈塑性、抗震能力、載荷能力等，確保結構轉換層設計質量。

3、結構轉換層的結構選擇

3.1板式結構轉換層

高層建筑的上下兩層在柱網數量上相對較大，需要依賴于板結構轉換層的作用，以最大限度地保證各層之間的力在均勻狀態下呈現。在混凝土應用過程中，板式結構轉換層需要滿足剪切和剪切阻力的要求，其自身厚度不能超過2.8m。同時，板材結構在整個安裝過程中可以有效地突出其靈活性，但由于板材結構整體重量較大，所以在實施中需要非常多的材料來起到良好的輔助性作用。

3.2箱形結構轉換層

箱形轉換層在實際應用過程中，關鍵是以上層和下層樓板作為上下翼緣，在整個過程中，在整個過程中建立了多個單向或雙向腹板。在這種狀態下，箱形轉換層逐漸形成。它可應用于上下層的結構變換，柱網的尺寸不斷擴大，與此同時軸線錯位等現象也可以利用箱形的轉換層來進行具體的操作。

4、轉換層主要構件的設計要點

4.1框支柱

在確定框支柱的尺寸時要將軸壓比作為主要的參考依據，同時還需要能夠滿足剪壓比的要求。延性是評價一個框支柱好壞的主要標準，所以必須要加強對軸壓比的控制，避免對框支柱的延性造成影響。柱截面的延性還會在很大程度上受配箍率的影響，所以與一般的框架柱相比，框支柱的配箍率會更大。在實際的工程施工中，一些框支柱還能夠當作剪力墻的端柱來使用，所以還需要確保邊緣配件的配箍特征值不能超過規定的范圍。在轉換層高層建筑結構中，框支柱是其中非常關鍵的一個構件，為了進一步提升安全性，還需要將柱端彎矩以及柱端剪力都乘以它們的增大系數，每一層框支柱所受剪力的總和約等于基底剪力的30%，因為在進行程序計算時，通常都會認為樓板的剛度趨于無窮大，按照豎向構件的剛度分配水平剪力，如果底部剪力墻的剛度遠遠超過框支柱，那么就會導致框支柱的剪力變得很小。除此之外，為了讓轉換層的上下部分連接的更為緊密，還可以將框支柱上部墻體內的縱筋再次向里伸入。

4.2轉換層樓板

轉換層作為是框支剪力墻的分界，將剪力墻分為上下部分，并且這兩部分內部的受力情況也是不同的。對于上部分的樓層來說，它所承受的來自外部的水平力能夠按照各片剪力墻的等效剛度比例來分配;而對于下部分的樓層來說，因為框支柱與落地剪力墻之間存在著一定的剛度差異，這時候水平剪力大多作用在剪力墻上。轉換層樓板的主要作用就是將上下部分所承受的剪力進行重新分配，同時由于對于轉換層樓板本身來說，它也要承受著很大的壓力，也可能會發生很嚴重的形變，因此必須要確保轉換層樓板具備足夠的剛度，這樣才能夠滿足工程的實際需要。目前轉換層樓板最常使用的是C35混凝土，這種類型的樓板的厚度達到了200mm，配筋率接近0.3%。除此之外，為了讓轉換層樓板更容易對所受剪力進行重新分配，還可以將該層下方的樓板以及上方兩層的樓板進行適當的加強。

5、在設計高層建筑轉換層結構時需要注意的要點

高層建筑由于其高度復雜的特點，因此具有很高的施工難度，如果需要應用轉換層的施工技術，那么就需要再將這個難度等級增加一級，再加上我國在該方面的發現時間尚短，相關經驗還不夠豐富，在施工的過程中經常會遇到一些問題，只有將不斷出現的問題逐個的解決掉，避免對工程施工造成嚴重的影響，這樣才能夠確保工程的質量，實現長遠發展的目標，下面筆者將會對設計中需要重點關注的一些事項進行分析，具體如下：

5.1在設計帶有轉換層的建筑結構的過程中，不能將轉換層下方的結構設計為柔軟層，不然很容易就會發生建筑整體倒塌的情況。

5.2在實際的設計過程中，可以將轉換層上部的結構抗側剛度與下部的抗側剛度相近，這樣就能夠有效的改變轉換層的剛度系數。

5.3由于底部轉換層的剛度是與其高度之間是存在一定聯系的，因此在施工的過程中要注意在能夠滿足建筑所需的基本剛度的前提下，合理的控制好轉換層的高度，這樣有助于提升建筑的穩固性。

5.4通常情況下，在對帶有轉換層的高層建筑進行施工時都會有專門的施工規范，在施工的過程中要注意不得違背相關規范的規定。

結束語：在市場經濟的發展下，人們的生活水平得到了快速提高，對房屋也有了更高的需求。尤其是對于帶結構轉換層的高層建筑來說，應滿足結構的多元需求，發揮其綜合效益價值。與此同時，設計人員要對結構轉換層的具體形式和內容有深入的了解，這樣才能夠結合實際需求，提高結構轉換層的質量和穩定性。

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