關于建筑轉換層結構設計方案的分析建議

李匯鋒

摘要：復雜的建筑結構或高層建筑設計過程中經常會涉及到轉換層，其結構設計需要注意多種問題，否則不僅無法發揮應有的作用，還會影響建筑整體安全性，所以，對建筑轉換層結構設計方案進行有效分析是非常必要的。論文簡要介紹了建筑轉換層有關知識，并對建筑轉換層結構中的各個構件設計進行簡單敘述，并提出建筑轉換層結構設計過程中需要注意的問題。

關鍵詞：建筑設計；轉換層結構；設計方案；分析

一、建筑結構設計過程中需要根據建筑整體特點進行各部分的細致設計，若建筑涉及轉換層層結構，必須全面考慮建筑各部分內容，確保充分考慮建筑整體穩定性、抗震能力。保證轉換層結構能夠與其他各種結構形式進行有效配合，降低現場施工難度，提升建筑整體安全性，并在具體施工過程中嚴格按照設計圖紙進行，做好建筑轉換層結構設計。

二、建筑轉換層結構設計方案分析

（一）結構形式及設計特點

1、 板式

板式轉換層結構力學性能和經濟性都比較差。在建筑結構中的上下軸網存在變化，但是仍舊處于正交的情況下，可以使用正交主次轉換梁結構實現轉換層功能。板式轉換層的結構形式最為主要的優勢就是能夠在轉換層適當設置和調整結構形式，適用于建筑結構整體錯位或上下部軸網不處于正交的結構當中，根據建筑抗剪、抗沖切需求，這種轉換層結構厚度要控制在兩米以上，若出現地震問題，會造成整個建筑結構的不良反應加大，大大增加建筑下部豎向結構承載負荷，結構設計過程中需要綜合多方因素進行考慮[1]。

2、梁式

不少建筑工程設計過程中，將建筑轉換層與設備層共用，因此，為敷設管道、線路就需要在轉換梁腹部設置洞口，其計算模型需要根據現場預留孔洞進行選擇，一般分為實腹梁、開孔梁、雙梁、空腹桁架等幾種形式。采用梁式轉換層結構設計，其傳力路徑清晰，現場施工便利，構造簡單，工作穩定可靠，轉換梁的整體截面尺寸主要是依據其抗剪承載力決定的，可以通過加腋或施工鋼筋混凝土、預應力混凝土等方式縮小轉換梁截面尺寸，在采用梁式結構設計時要注意對轉換大梁與上部結構共同工作情況進行有效分析。

3、桁架式

桁架式轉換層結構分為空腹桁架、實腹桁架兩種類型。桁架式轉換層的受力較為清晰，可應用的空間較大，整體抗震性能較好，但是采用桁架式轉換層設計必須關注其節點問題，整體設計難度較高，需要關注節點的受力情況，十分復雜，這種復雜性有時候會成為建筑轉換層結構設計的最大障礙，甚至影響桁架式轉換層的應用效果[2]。

4、其它形式

⑴巨型框架

這種方式主要由豎向筒體或巨型柱與一道或多道大梁共同組成，整體抗震性能較好，是當前較為重要的建筑轉換層結構設計方向之一，巨型框架結構形式可以使用模擬施工、設計，在未形成巨型結構前要解決好臨時支撐，重視抗側剛度的提升，特別是在巨型梁以下幾層，由于柱內存在拉應力，必須嚴格依照受拉構件要求進行設計。

⑵斜柱式

采用這種形式的轉換層結構能夠更好的發揮出混凝土的抗壓性能，形成更高的空間利用率，在斜柱式轉換層結構當中會存在較大的水平載荷，現場施工過程中可以充分結合建筑平面布局，通過設置圈梁、拉梁，確保在最短路徑范圍內能夠平衡，盡量使斜柱轉換層通過較多的樓層，以便減少上下樓層的水平力，確保轉換層結構設計方案更為便利。

（二）設計基本原則

1、進行建筑轉換層結構設計過程中，要注意弱化上部結構，強化下部體系，建筑的整體抗震設計要確保處于建筑轉換層的上、下部主體結構，相應的系統總剪切剛度比值必須注意滿足相應的標準規范要求。

2、設計過程中針對換層上下主體豎向結構，要注意確保盡量多的上部屬相結構能夠向下落地貫通，并確保連續，特別是在框架式核心筒結構當中，其中的核心筒必須上下貫通。

3、建筑轉換層結構作為整體結構系統中的重要組成，可以根據工程建設實際，對受力變形狀態計算模型進行空間整體計算分析，必要的情況下可以使用有限元法進行局部補充計算分析[3]。

4、盡量優化建筑轉換層結構，減少需要進行結構轉換的豎向構件，選擇具有明顯的力學傳導路徑的轉換層結構形式，盡可能采用直接落地的豎向構件，減少轉換結構的應用，減少轉換層造成的剛度突變，提升建筑結構抗震性能，提升結構分析設計及后續現場施工質量。

（三）建筑轉換層結構設計過程中需要關注的問題

1、合理選擇建筑轉換層的結構剛度

建筑轉換層設計過程中，必須關注其剛度，確保處于合理范圍之內，若轉換層剛度超出相應數據，不僅會造成轉換層上、下部受力不均，還會影響現場材料使用量，對建筑結構的經濟性產生不利影響。若建筑轉換層結構剛度較低，其上部支架結構與豎向構件間可能存在較大的沉降差值，在部分垂直和水平構件上產生一定的應力，若存在這種情況必須增加相應結構體系中的配筋數量。

2、控制好建筑結構中的逆向轉換

建筑結構中的逆向轉換層結構作為較為常見的建筑轉換層結構形式，其與常規倒置的轉換層結構存在較大的相似性。斜柱式轉換層與桁架式轉換層結構的力學路徑雖然較為清晰，但是整體剛度較低，比較實用與逆向轉換層結構，可以根據建筑結構實際需求進行方式選擇。若建筑整體呈現上疏下密的結構形式，在下部柱網會因不同柱體間的載荷差異出現顯著的移位現象，進而在下部結構中產生較大的次應力，在現場施工過程中必須采取有效措施避免這種隱患問題，可以通過在結構網變化的區段設置轉換層，使下部柱網、柱體承受的載荷處于平衡狀態[4]。

3、 關注建筑轉換層下部柱體的剛度分部情況

針對建筑轉換層結構來說，施工過程中無法避免的會出現豎向上的剛度突變，為確保建筑轉換層結構剪力能夠符合相應標準及建筑運行的實際需要，在對其進行抗震設計時可以通過加大轉換層豎向構件截面尺寸，不斷的增強混凝土強度等級，進而提升剪力墻的強度設置，獲取滿足要求的建筑轉換層下部柱體的剛度分部。

4、 注意與其他建筑專業的配合

建筑轉換層的結構形式一般會選擇可以與建筑外觀相適應的結構形式，確保轉換層具有良好外觀的同時也能滿足相應的性能要求。同時建筑轉換層結構還能幫助建筑實現相應的功能，在不少工程當中，都將轉換層作為設備層，轉換層當中就必須要有足夠的空間給設備管道，讓其可以在轉換層中通過，如果洞口的尺寸已經超出了一個相對比較合理的范圍，就應該采用空腹或者是實腹桁架來實現轉換層的功能。因此，在設計、施工過程中必須與其他建筑專業進行配合才能達到相應設計要求。

三、結語

轉換層多應用于復雜或高層建筑當中，合理應用轉化層，能夠擴大建筑內部空間，增加建筑功能，但是建筑轉換層對建筑豎向剛度存在定影響，因此在進行建筑轉換層結構設計過程中，必須注意減少對豎向結構的轉換，根據現場實際情況選擇科學、合理的轉換層結構方式，依照建筑自身功能需求進行建筑轉換層結構設計，真正發揮出轉化層的作用，將現代建筑更好的與城市其他建筑因素相結合，形成具有城市特色的建筑群，為城市發展增光添彩。

參考文獻：

[1]徐志偉.建筑轉換層的特點和結構設計分析探述[J].工程建設與設計，2018（17）：17-18.

[2]劉子健，吳琦銳.高層建筑梁式轉換層結構設計原理及其應用[J].信息記錄材料，2018，19（07）：229-231.

[3]張得果.探討建筑結構設計中的梁式轉換層結構設計[J].智能城市，2018，4（08）：37-38.