高層建筑中轉換層結構設計要點探析

張依澤

（天津市建筑設計院，天津 300074）

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。高層建筑轉換層結構要想做到結構布局合理，就需要相關人員做好設計工作，以保障其受力均勻，并使結構具有足夠的穩定性。

1 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。在實際的設計過程中，設計工作人員應該從建筑的整體出發進行考慮，對建筑轉換層進行設計時，應選擇合適的受力傳輸路徑，實現對建筑結構的優化設計，對其中可能出現的問題進行分析，盡可能的降低其對建筑質量的影響。在高層建筑轉換層結構設計中要注意盡可能的減少轉換，在布置轉換層上下豎向抗側構件時要充分保障水平轉換結構的可靠性，減少復雜轉換，避免多次轉換。

2 高層建筑常見的轉換層結構形式

2.1 梁式轉換層

現階段高層建筑中應用最為廣泛的一種轉換層結構就是梁式轉換層結構，即也就是上部剪力墻在框支梁上，框支梁由框支柱來支撐的結構受力的結構體系。該方式主要是將墻或柱支承于框支梁，結構簡單，施工成本低。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而穩固。

2.2 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結構構成，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。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。設計工作人員應該保證上弦節點和上部集中荷載中心對齊，實現了受力均勻，使得其作用最大化，在上下弦及斜拉腹桿中施加預應力，一定程度上減少了相應構件的截面，也優化了受力狀態。

2.3 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。該結構形式是單向、雙向托梁和上下層樓板共同作用形成，整體性能較好。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。其優點是頂部和底部約束強、剛度大、上部和下部傳力均勻等等,但其建設施工復雜和成本較高。

3 高層建筑轉換層結構設計的要點

3.1 轉換層結構的布置

結合高層建筑整體的結構狀況，充分考慮不同層的受力特性。根據不同結構受力的傳遞性，需要選取可靠的受力結構作為整個轉換層的核心結構。根據大量的實踐結果可知，轉換層底部的設置高度越高，所導致轉換層所在層的上下兩層剛度變化也就越大，荷載作用下的轉換層上下層內部傳播途徑的突變就更加明顯。在設計轉換層結構時需要讓內筒貫通落地，并在底部增加墻的厚度，確保筒體結構的整體性。建筑應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。轉換層結構上部的墻、柱應直接落在主要轉換構件上。在具體的建筑設計中一定要使轉換層的剛度得到保證。

3.2 轉換層結構抗震設計

在一般的建筑設計過程中，轉換層以上通常是純剪力墻結構，轉換層以下通常是框架——剪力墻結構，所以建筑的抗震等級要嚴格按照相關的規范進行設計。抗震設計是轉換層結構設計的關鍵，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。在實際設計過程中必須要能夠保證底部大空間各樓層的抗震可靠性。通常情況下在實際計算過程中，底層水平地震力都應該由落地剪力墻來承擔，各剪力墻承擔的水平地震力則是按照它們等效剛度比例來進行分配的。因此，設計人員在布設結構轉換層的過程中，需要適當減少高層建筑垂直方向的構件，將轉換層設置在樓層較低的位置，保證高層建筑實際的抗震效果。

3.3 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。對剪力墻的分布狀況進行調整，依據實際情況適當的增強剪力墻的厚度，選擇一些強度較大的混凝土進行施工提高建筑的抗震性能，盡可能不采用板式轉換結構。在設計中應該盡量避免轉換層上下結構剛度產生突變。為了能夠有效解決這個問題，一方面是要減小上部剛度，對于那些能不設剪力墻的部位就不設剪力墻；另一方面是要加大下部剛度，在設計中主要是要在底部大空間層適當部位設置若干落地剪力墻，這些剪力墻在布置的過程中必須要保證均勻對稱。同時應優化并加強剪力墻框支柱的設計，要求剪力墻的框架支柱必須均勻疏密，并將它與支柱之間的距離控制在合理的范圍內，使得高層建筑結構整體的性能得到相應的保障。

4 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，在轉換層結構的設計過程當中，需要選用適當的轉換形式，合理的布置轉換構件，使受力簡單直接，并通過整體計算和局部分析來保證整體結構的安全和轉換層結構的可靠，保障建筑的整體質量。