轉換層結構設計在高層建筑中的應用探討

黃展業

摘 ? ?要：近年來，我國建筑行業得到了快速的發展，高層建筑的應用也越來越廣泛。在高層建筑中，應用轉換層結構設計能夠全面化滿足人們對建筑功能的需求，為人們的生活提供便利，因此在高層建筑中應用轉換層結構設計是很有必要的。本文首先分析了轉換層的主要功能，并深入探討了高層建筑中轉換層結構設計的應用。

關鍵詞：轉換層結構設計;高層建筑;應用

1 ?引言

在高層建筑的轉換層結構設計中，要全面分析建筑情況，并采取相應的措施提高建筑結構的整體穩定性，尤其是抗震設計，必須嚴格按照規定控制好落地剪力墻之間的距離進行設計，從而提高高層建筑整體的抗震性能。另外，還需要對轉換層進行精確計算并進行細致分析，保證轉換層的設計質量。

2 ?轉換層的主要功能

進入二十一世紀以后，中國特色社會主義市場經濟迎來了全新的發展，各種高層建筑在這種社會背景下紛紛拔地而起，其功能也越來越朝著多元化、綜合化發展，為人們提供極佳的體驗，一些高層建筑的底層為商場和娛樂場所，而上部分建筑則用作住宅，這正是高層建筑作用多元化的一個有力體現。從整體上來看，這種多元化的高層建筑可以分成上下兩個使用空間，上層空間作為居住之用，所以往往需要設計較多的墻體對空間進行分隔，讓用戶的多樣化需求得到滿足，而下層空間則往往需要比較開闊，才能滿足商業活動的需求，二者之間需求的不同導致了墻體設計等方面的不同。為了適應這種差異，設計轉換層就顯得十分重要。

3 ?高層建筑中轉換層結構設計的應用

3.1 ?結構設計和布置

眾所周知，高層設計之所以得到越來越多的認可，主要就是因為它能夠以同等的占地面積，為人們提供更多的服務和功能區，因此一般來說只有在高層建筑中才會使用轉換層。高層建筑下層空間結構基本都是開間，同時梁柱結構比較少，但是反之上層建筑則擁有更多的梁柱結構，這顯然不符合建筑工程本身的受力穩定性特征。一些建筑設計人員為了讓高層建筑結構更加穩定，選擇在設計中應用轉換層結構這種獨特的設計模式，但是由于各種各樣的問題，轉換層的作用往往難以真正的發揮出來。因此在進行轉換層結構設計布置的過程中，需要嚴格考量以下內容：

第一，高層建筑中即使應用了轉換層設計方法，受到上下層空間使用需求的影響，每個豎向的結構支撐點進行統一也會十分困難，想要解決這一問題就必須要利用有關的轉換結構，比如說比較常見的轉換大梁、箱型結構等等，都能夠從根本上解決上層建筑不穩定的問題。

第二，高層建筑往往是筒體結構，利用轉換層結構的情況下內筒需要完全貫穿落地，同時還需要提升墻壁結構的支撐力，防止出現結構剛度不足的問題。而框支剪力墻結構也是如此，剪力墻也需要貫穿落地，尤其是涉及到減震設計這部分需求的時候，剪力墻之間相隔多遠、厚度如何都需要額外思考。設計轉換層結構的時候，務必要嚴格按照行業的有關施工設計標準進行操作，絕不能以過往的設計經驗為全部標準，否則很容易出現樓層設計錯誤、內力結構不合理的問題。

第三，框支剪力墻結構的轉換層比較特殊，其上層需避開梁體部分設置門洞，只有這樣才能確保剪力的穩定性，讓墻體的完整性得到保證。如果根據實際使用需求必須要設置門洞，一般需要把門洞設置在剪力墻的中間部分，這樣一來能把應力均勻的傳遞到每個部分。

3.2 ?轉換層結構的抗震設計

轉換層結構的存在使高層建筑豎向的受力結構發生改變，垂直上的受力不能直接傳導到持力層，這大大的降低了轉換層結構的抗震性能，一旦發生地震等自然災害，高層建筑結構的安全性就無從保障。為了解決這一問題，在設計轉換層結構的時候務必要考慮到其抗震性。具體來說，地震對于高層建筑的損傷主要來自于水平方向的作用力，此時傾覆力矩分布曲線在轉換層結構處會有明顯的變化，另外轉換層結構往下的建筑結構基本都是剪力墻，落地剪力墻的傾覆力矩會向下逐層遞增，但是支撐框架的傾覆力矩遞增效果就稍有減緩;另外轉換層結構在水平地震作用下產生的內力較大，不代表垂直方向地震作用可以忽略不計，當抗震設計要求在八級以上的時候，就需要對豎直方向的地震作用進行計算。在計算轉換層結構垂直方向地震作用的過程中，可以選擇動力時程分析法。同時，高層建筑的轉換層結構控制軸壓比的重要性不容忽視，其梁柱的橫截面、剪力和彎矩都比較小，大部分的荷載基本上會由框支柱承擔，而墻體的負載則由板平面進行傳導，最終由落地剪力墻承受，因此做好框支柱軸壓比的設計十分重要。

3.3 ?落地剪力墻設計

落地剪力墻的設計上文中稍有提及，其設計難度最大的部分就是洞口設計。也就是說，只有做好洞口設計，才能讓落地剪力墻的結構穩定性得到保證。通常來說，需要將洞口設計在墻體中間以避免受力不均勻的問題。同時，還應該控制好落地剪力墻的距離，不需要抗震設計的落地剪力墻一般相距三十米左右即可，而需要抗震設計的則需要控制在二十到二十四米。

3.4 ?轉換層計算要求

轉換層本身是高層建筑主體結構的一個部分，在設計的過程中我們仍需對其各項數據進行準確的精算，從結構的整體情況出發，將轉換層作為高層建筑的結構之一，從立體化視角及空間協同的角度出發，采取各種各樣的有效措施保證內力計算和位移計算的準確度，這樣一來，高層建筑每個組成結構對于轉換層的影響就能非常明顯的顯示出來。但是在實際的工作中我們發現，由于結構比較復雜，很多設計人員在進行計算的時候都不夠精細，這就導致了一些不可避免的構件計算誤差，這顯然不利于高層建筑的穩定施工。所以說，在今后的工作中結束整體計算的情況下，還需要對轉換層局部結構進行二次精算，從而降低出現計算誤差的可能性。

3.5 ?過度受力及軸壓比控制

在高層建筑轉換層結構設計的過程中，要明確樓層梁面和柱面的表現形式，柱面主要包括強柱和弱柱，梁面主要包括強梁和弱梁，轉換層豎向負載以及構架內力往往會受到構件的影響。因此在高層建筑施工過程中，要從構件入手對施工進度和時間進行合理控制，在施工中對于轉換層構架與若干層構架同時出現，則要通過合理措施來控制構架內力變化，避免出現轉換構件過渡受力的影響，避免高層施工進度受到影響，這對于整個高層建筑施工目標的實現都是非常重要的。

在軸壓比控制過程中，要明確內交角部位轉換層支梁和支柱存在突出應力表現，在水平負載和處置負載的影響下，當柱子橫截面、剪力以及彎矩都處于相對較小的條件下時，框支柱支撐周雅麗承受力，轉換層以上墻體的水平與垂直負載以板平面內剛度為支持，向落地剪力墻傳遞，因此對框支柱軸壓比進行控制是非常必要的。在高層建筑轉換層結構設計過程中，要結合實際情況出發，有效控制過度受力和軸壓比，從而達到良好的轉換層結構設計效果。

4 ?結語

總而言之，對高層建筑結構進行功能分區是客觀存在的實際需求，因此我們需要對轉換層結構的設計工作進行深入的分析。從抗震性能、實際功能需求等入手，選擇科學的結構方案，提升轉換層的設計效果，從而保證高層建筑的穩定性和安全性。

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