帶轉換層高層建筑結構的設計方式分析

楊曉玲

(武漢東藝建筑設計有限公司，湖北 武漢 430070)

0 前 言

當前城市中較多的高層建筑都是帶有轉換層結構，在高層建筑的下部樓層一般用于商業建筑，餐廳、超市等，下部結構需要有較為寬闊的空間，不能因為剪力墻及框架柱而影響了其使用功能；在上部結構一般用于人們居住，要求結構布局合理，開間、進深適宜，在這種實際需求下，對于高層建筑的結構設計提出了新的要求，要在設計中結合建筑功能要求，把握建筑設計要點，提高設計方案的科學性和合理性，這樣可以促進我國高層建筑的發展。

1 帶轉換層高層建筑簡介

1.1 基本概念

在高層建筑中，建筑物的下層結構和上層結構因平面使用功能不同，而在中間一個過渡層進行結構轉換以實現上層結構和下層結構的功能要求，這個過渡樓層通常被稱為轉換層；轉換層的設計主要是為了改變上下層結構的結構形式及平面布局，通過結構形式及建筑軸網的改變來滿足上下層建筑的功能要求，對于超高層建筑甚者設計了多個轉換層，這樣可以更好地發揮建筑物的使用功能，提高建筑物使用效率，從而促進我國建筑行業的發展。

1.2 主要用途

在高層建筑結構設計中，通過設計轉換層，可以將上層結構和下層結構進行很好的連接，可以將建筑物的空間劃分變得更為靈活，滿足樓層間不同的空間需求。當前城市建設中高層建筑結構越來越普及，帶轉換層高層建筑結構可以提高土地使用效率，因而被廣泛應用到高層建筑設計中。

2 帶轉換層高層建筑結構設計的主要原則

2.1 加強轉換層下半部分的設計

在帶轉換層高層建筑結構設計中，要考慮到下層結構的設計，因為下層結構是整個建筑的受力基礎，其質量決定了整個高層建筑的質量；同時下層結構的剛度要高于上層建筑，要在下層結構做好抗震設計，這樣可以提升整個高層建筑的抗震性，提升高層建筑的安全性和穩定性。

2.2 合理控制轉換層的數量

在高層建筑結構中設計轉換層主要是為了改變上下層建筑的平面布局，提高高層建筑的使用效率，但是也不能過于追求建筑使用效率而過多的設置轉換層，由于轉換層會使得建筑物的上下層結構形式發生改變，在一定程度上是將整體建筑物進行了分割，破壞了整個高層建筑的整體性，容易導致其他衍生質量問題的出現。因此，一般高層建筑的轉換層設計以1～2層為宜，這樣可以在保證建筑質量的前提下盡可能地提高土地使用效率。

2.3 加強數據的運算和應用

在帶轉換層高層建筑的結構設計中，由于其模型復雜多變，計算冗雜且系統，這就要保證轉換層的數據計算和參數選擇正確，因為其關系到上下層建筑結構的穩定性，起到了一個承上啟下的功能，也不同于一般標準層，對于它的設計可能更為復雜，在設計中，要計算準確，對于相關參數的選擇一定要嚴格按照規范和標準執行，避免因不科學的計算方式而導致設計質量問題，從而影響整個高層建筑的質量。

2.4 不斷優化設計方案

在按照以上設計原則完成高層建筑的轉換層設計后，一定要結合整個設計方案進行轉換層的優化設計，因為轉換層以上的結構基本為標準層，做好轉換層的設計質量控制，可以有效保證上層結構的質量，還能做好成本控制，在轉換層的設計方案中進行優化，可以取消過去保守的結構設計，這樣上層的標準層中都可以取消此部分的結構，極大地縮小了高層建筑的成本，促進我國帶轉換層高層建筑結構的發展。

3 帶轉換層高層建筑結構設計的主要方式

3.1 梁式轉換層的結構設計

在帶轉換層高層建筑結構設計中，最為常見的一種設計方式就是梁式轉換層設計，這種轉換層設計較為簡單，主要通過梁構件的截面轉換或者主次梁的增加來改變上下層結構，在設計時，首先要考慮的是上下層結構的優化方案，在盡可能減少結構轉換形式的前提下，控制成本，從結構上進行簡化，這樣不僅可以避免其他衍生質量問題，而且可以使得設計方案更為安全可靠；然后就是在設計中要注意豎向結構剛度的計算，保證被轉換層分割的建筑物整體剛度能達到相關要求，同時其豎向荷載能滿足受力要求，在豎向荷載的傳遞過程中，各個構件都能滿足，這樣才可以控制好梁式轉換層的結構設計。

3.2 桁架轉換層的結構設計

桁架形式的轉換層結構設計方式在高層建筑的使用中較梁式轉換層結構較少，并且結構型式更為復雜，但是這種結構型式的轉換層抗震性及穩定性比較好，主要是通過桁架來進行上部荷載的傳導，在桁架轉換層結構設計時，首先要建立受力模型，分析其受力情況，然后布置桁架桿件形式，合理傳導荷載；然后要考慮桁架結構的抗剪能力和抗彎能力，保證整個建筑結構的穩定性。

3.3 厚梁式轉換層的結構設計

如果高層建筑的轉換層的上下軸線未能良好地結合，那么就很難用梁去支撐，此時適宜采用厚梁式轉換層的結構設計，該結構模式的優點是靈活多變、工序簡單，但是厚板的厚度很大，造成材料的浪費，同時也會引起壓力的上升。因此，在厚梁式轉換層的結構設計過程中要充分考慮到厚板帶來的較大的壓力，增加配筋的數量，提高配筋的強度。此外，要考慮到沖切力和剪切力，通過合理的受力分析和計算來減輕整個轉換層的受力程度。

3.4 箱型轉換層的結構設計

在帶轉換層高層建筑結構設計中，箱型轉換層的設計方式應用具有一定的局限性，這是由于箱型結構的轉換層會使得整個轉換層以上的樓層結構型式較為單一，一般只能用于開間需求較大的建筑物，對于建筑物的剛度要求也比較大，箱型結構的橫向荷載受力較大，在實際的設計中要做好結構受力分析，保證整個轉換層的設計質量。

4 優化高層建筑轉換層結構設計要點

在帶轉換層高層建筑結構設計中，要重點對待轉換層的結構設計，由于高層建筑結構設計本來就較為復雜繁瑣，再加上轉換層將整個建筑結構進行了分割，破壞了整個建筑結構的整體性，這就使得轉換層的結構設計顯得至關重要，在設計中，一定要重視轉換層結構的優化，優化受力結構的間距，保證高層建筑物的整體剛度，做好高層建筑轉換層結構設計的優化處理。

1)優化高層建筑的轉換層結構布置。相關研究已經顯示，在底部的轉換層中，其位置越高，它的上下高度的突變就會越大，轉換層的上下內力的傳遞途徑，其突變也會加劇，落地的剪力墻以及墻體就容易出現裂縫現象，框架的支柱內力加大，使得轉換層的上部其附近的一些墻體就會被破壞。所以說，轉換層的位置如果過高，就會對抗震產生不利的影響。按照相關的研究結果顯示，轉換構件能夠運用箱型結構、斜撐、厚板、轉換大梁等形式，在地震區對于一些轉換厚板的使用經驗是比較少的，可以在一些非地震區采用，用于一些大空間的地下室中，因為其周圍有著約束的作用。

2)高層建筑轉換層結構剪力墻間距的優化。對于應用較為普遍的梁式轉換層結構形式，在其結構設計中，要注意轉換層結構梁和剪力墻的結構設計，在考慮轉換層對于上下層結構平面空間的改變時，還要保證轉換層剪力墻結構的設計，墻體不宜過長，間距不宜過小，剪力墻結構形式過長，增加建筑成本，不利于成本的控制，剪力墻間距過小，不利于房屋的合理布局，也不利于上層荷載的有效傳遞。因此，在轉換層結構設計中，要兼顧上下層結構設計形式，盡量保證上下層結構的剪力墻能在一個豎向結構上，要重新分配建筑的豎向結構布置，保證建筑整體受力能達到要求，這是在轉換層結構設計中需要重點注意的地方。

3)高層建筑轉換層結構的過渡受力以及控制軸壓比。高層建筑轉換層的結構設計，樓層的梁面和柱面直接影響著轉換層的豎向負載能力以及構件的內力，在高層建筑施工期間，對施工的進度也有一定影響，尤其是在轉換層構件與若干層構件同時出現在施工階段的時候，這個構件的內力變化尤為突出，若不及時采取措施，會因為施工階段轉換構件的過渡受力而影響高層的進度，造成高層建筑施工延時延工。高層建筑中轉換層軸向的承受力主要受框支柱所支撐，轉換層以上的墻體垂直負載和水平負載差不多都能借助板平面內的剛度傳遞給落地剪力墻，所以還要注意軸壓的比率，盡量控制這個比率。

5 結 語

我國建筑行業的發展使得高層建筑在城市中的應用越來越普及，而為了進一步解決日益緊缺的土地使用問題，使得帶轉換層高層建筑被廣泛應用到城市建設中。在高層建筑的轉換層結構設計中，要把握設計原則，重視轉換層的設計質量，科學合理設計，并對其結構設計進行優化處理，從設計質量上進行有效控制。針對不同的轉換層結構，要合理采取設計方式，做好轉換層的設計，同時要重點熟悉轉換層設計中的要點，做好整個結構設計的方案優化，控制好設計成本，保證設計質量，提升高層建筑的使用效率，從而進一步促進我國建筑行業的發展。