高层建筑转换层结构设计原则及要点探究.doc

1、高层建筑转换层结构设计原则及要点探究摘要：在高层建筑中，转换层的使用是很普遍的，并且得到了越来越多的关注与推广。在实际设计过程中，要根据高层建筑自身的特点和计算得到的建筑构件受力情况，来选择最科学合理的结构转换层设计方案，从而保证高层建筑的结构稳定性和安全性，满足人们的不同使用要求。本文根据笔者高层建筑转换层结构功能、形式、设计原则及要点进行了探讨。 关键词：高层建筑 转换层结构 设计原则 要点 中图分类号：TU97 文献标识码：A 正文： 1.转换层的功能 从高层建筑功能来看，上部需要很多的墙体以分隔空间，进而不断满足住户需求；下部则需要宽广的使用空间，少墙体、大柱网，从而更好的满足建筑物使

2、用要求。根据这种建筑形式，在建筑布置中，就会出现和常规竖向布置相反的“下小上大”的现象，即：下部柱网稀少，上部墙体稠密的现象。针对这种情况，为了保障建筑要求，必须在上下结构体系，进行转换层设置，转换层作为当代高层建筑结构设计的重要方式，转换层设计是整个工程设计的难点。随着高层建筑平面逐渐多样化，在设计中，必须结合实际情况，选择合适的方法进行设计，进而达到经济、安全的综合成果。 2.高层建筑转换层的结构形式 按照结构形式来分类高层建筑转换层可以分为桁架体系、粱-柱体系、厚板转换体系和墙梁体系等，梁-柱体系是最为常见的。如果内部需要形成较大的空间，包括轴线转变和结构类型转变时，可以采用桁架式、梁式

3、和板式的转换层;如果框筒结构需要在底层形成较大的入口，这是可以使用多种转换形式，梁式、墙式、拱式和合柱式。目前我国普遍使用梁式转换层，由于设计和施工比较简单、受力比较明确，底部大空间的剪力墙结构会经常采用。 3.高层建筑转换层的设计原则 在确定好结构形式后，设计过程中还要遵循以下几个原则: 3.1 要尽量减少转换次数，布置主体的竖向构件时，要上下连续贯通尽可能多的剪力墙和柱，转换构件少，转换层引起的刚度突变就会小，就会越有利于结构的抗震。 3.2 做到传力直接，在设计时要避免多级转换，使水平转换结构能够传力直接，要避免避免使用次框、支柱梁的结构方案。 3.3 要优化转换层上下结构的侧向刚度比值

4、。按照相关的规范要求，在设计过程可以采取加大框支柱断面、加厚剪力墙厚度、提高混凝土强度等级来强化转换层下部结构的刚度，还可以弱化上部结构的刚度。这些措施可以减少优化转换层上下结构承载力和侧向刚度的变化，满足抗震的要求。 3.4 要保证计算的准确性，可以采用两种力学模型不同的三维空间分析软件来计算整体的内力，两种软件计算完成后还要进行结果的对比分析。 4.转换层结构布置以及设计要点 4.1 转换层结构布置 在转换层结构布置中，由于底部转换层结构、上部竖向构件不能直接连通落地，从而就需要可靠安全的转换层构件。根据目前的研究结果以及工程经验，在高层建筑转换层设计中，可以使用的转换构件有：析架、斜撑、

5、空腹性析架、转换式大梁、厚板以及箱形结构等形式。由于地震区转换厚板使用检验不足，经常被 6 度以及非地震区使用；对于空间较大的范围或者地下室，受约束作用影响，地面上部的框支结构大于地震反应，所以 7 度或者 8 度的地震设计时也可以采用厚板进行转换层设计。 由于框支柱和落地式剪力墙对防止转换层下部结构在地震中倒塌具有重要作用，故在筒体结构设计中，筒体上下必须根据刚度要求适当增加墙厚。同时，框支剪力墙必须拥有足够的剪力墙，进行上下贯通，在长矩形框支剪力墙非结构中，落地剪力墙必须根据施工要求，按照原有规程进行设计，或者采用落地柱周边不能有错层的规定。这不仅是对转换层下部结构的保障，也是对抗震结构的

6、严格要求，在尽量减小内力突变的同时，控制好刚度突变，缩短转换层架构传递。 4.2 高层建筑转换层构件设计要求 （1）框支柱 为了保障高层建筑转换层框支柱拥有良好的延性，必须对轴压进行严格的控制。当框支柱抗震级别为特一级时，轴压比必须小于 0.6；对于截面尺寸较大形成的短柱，必须低于 0.55。由于配箍率和截面尺寸具有紧密的联系，从而导致框支柱配箍率比普通框架柱大很多。在工程建设中，由于个别框支柱必须作为剪力墙进行使用，所以约束性边缘构件特征值必须在 0.2 以上，也就是 2.64%的配箍率。在整个工程建设中，框支柱作为重要的构件，为了保障安全系数，柱端弯矩和剪力必须乘以对应的增大系数，让每层框

7、支柱剪力之和始终为基底的 30%。在程序计算中，由于楼板假定刚度较大，所以水平剪力一般根据构件刚度进行分配。 （2）框支梁 在高层建筑转换层结构设计中，框支梁尺寸只受剪压比控制，宽度通常在 400 毫米之上，高度大于跨度计算的 1/6。由于框支梁受力情况复杂，不仅是保障抗震系数的关键因素，同时也是上下层荷载重要的传输通道，它是整个高层建筑工程复杂重要的受力结构；所以在设计中必须预留充足的安全储备，对于抗震等级为特一级的框支梁，配筋率必须在 0.6以上。在满足计算要求的前提下，一般用偏心受拉的方式，配置足够的腰筋，并且配筋率始终在 0.8%以上。 4.3 高层建筑转换层结构抗震设计 在高层建筑抗

8、震设计中，由于高位转换具体情况，从而对整个结构受力极为不利。根据相关计算结果表明：在水平性地震作用中，由于倾覆性力矩以转折形式在转换层呈现，下部以剪力墙结构呈现，落地剪力墙在倾覆力矩下递较快的同时，让倾覆力矩以转折的形式呈现。当整个高层建筑位置较高时，传力途径和剪力分配就会产生极大的变化，由于落地式剪力墙极容易出现裂缝，在上部墙体内力较大的过程中，下部支撑极容易屈服，进而出现薄弱层。为了保障整个工程设计的合理性、安全性，框支转换层设置必须在 3 层之上，剪力墙、框支柱抗震等级必须增强一级，除了特一级、外围密柱框架、核心筒结构不需提高。 目前，我国底部转换层在高层建筑转换层结构设计中已经广泛应用

9、，但是仍然没有大地震考验；由于转换层上部结构不能贯通下部楼层，所以转换层通常为薄弱楼层，当框架剪力乘以 1.15 时，就可以增大系数。但是在这过程中，需要注意的是：楼层设计刚度满足设计要求时，该楼层仍然是薄弱层。对于转换层构件设计中，必须调整水平地震内力；对于 8 度的抗震设计，必须考虑地震作用影响，使用“动力时程”或者“反应谱”方法对其进行计算，或者将转换构件在重力荷载的标准下，让内力和增大系数的 1.1 相乘。另外，由于内力增大系数较高，对于处在第三层或者三层以上的转换层极为不利，同时内力幅度增大。针对这类特殊现象，高层建筑转换层作为受力极为复杂的，但是对抗震不利的结构，当防烈抗震度达到

10、0.4g 时，必须停止使用。在实际抗震设计中，根据高层建筑结构类型、防烈度、房屋高度以及构件类型，使用对应的抗震等级对其进行精细的计算，或者采用构造措施进行设计、处理。 4.4 高层建筑转换层结构上下层刚度比 高层建筑结构转换层刚度比设计作为整个建筑结构设计的重要内容，为了避免安全隐患，必须认真对待。在转换层上下结构等效侧向刚度比计算中，必须综合各个构件弯曲、剪切以及轴向变形对整个结构侧移的影响。当高层建筑转换层设置在三层或者三层以上时，侧向刚度不能低于楼层侧向刚度的 60%。为了避免转换层下部刚度过大、侧向刚度过小造成的不良影响，对于三层或者三层以上的转换层，必须将 60%规定为工程下限值。

11、 在外围柱距框筒结构以及内部框架结构中，必须保持上下剪切刚度始终不变。对于普通情况，由于下部截面较小，层高比上层高，所以很难满足施工要求。针对这种情况，必须使用钢管混凝土柱或者钢骨混凝土柱，有效调整延性、刚度以及截面面积，进而达到建筑工程要求。在这过程中，需要特别注意的是：转换层上下结构连接，当上部为混凝土时，必须钢骨混凝土柱及时锚入下部转换层。 3、结束语 随着现代高层建筑综合化、多功能化发展，在同一竖直直线上，不同的楼层开始有不同的用途。高层建筑转换层结构设计作为当代建筑设计的重要内容，必须根据高层建筑转换层结构布置、要求，再结合抗震设计以及配合比原则，从根本上保障转换层结构设计的合理性、科学性。参考文献： 1施晓.高层建筑转换层结构设计J.铁道标准设计，2008， （4）：108-110. 2白东明.浅析高层建筑转换层结构设计J.城市建设理论研究（电子版） ，2012， （24）. 3王春伟.高层建筑转换层结构设计中的问题分析J.黑龙江科技信息，2011， （23）： 246-246.