1、试议高层建筑转换层结构设计摘要：改革开放以来，我国经济发展快速，建筑领域也取得了全面的发展与进步。建筑结构设计日益复杂化、多样化，其中高层建筑转换层结构设计是建筑行业一直关注和研究的问题。了解和分析高层建筑转换层结构设计，对建筑行业的发展有着积极的作用。本文将对高层建筑转换层结构设计进行相关探讨，分析研究高层建筑中的转换层结构优化设计策略，供大家参考。 关键词：高层建筑；转换层；结构设计 中图分类号：TU97 文献标识码： A 前言 随着经济的发展，人们的生活水平也在不断提高，对居住环境的要求也越来越高，为了满足人们对住宅的需求，复杂化、多样化的建筑结构不断涌现。高层建筑转换层结构设计在高层建
2、筑过程中起到非常重要的作用，它能够充分发挥建筑结构各个部分使用功能，使高层建筑结构更加完善。因此，不断提高和完善高层建筑转换层结构设计是促进建筑行业更好发展的前提条件。 一、高层建筑中转换层结构相关问题概述 1、含义 由于高层建筑工程项目的下部楼层受力比较大，上部楼层受力相对较小，而一般的结构布置是下部刚度大，柱网密、 墙体多，到上部柱、墙的数量渐渐减少,从而扩大柱网。所以,结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反。这就要求我们对结构必须进行“反常规设计”,即将上部布置小空间,下部布置大空间;上部布置刚度大的剪力墙,下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置,就必须在结构转换的楼层设计水
3、平转换构件,即转换层结构。 2、形式 目前，高层建筑中转换层的设计，主要采取箱、梁、板、柱、桁架、框架这几种结构形式，各种结构形式在设计中存在着显著的差别，这些差别便是设计者在进行结构设计时，必须遵从的前提与依据。本文下面就对箱、梁、板以及框架几种结构加以分析： 1）梁式转换结构（如下图一所示托梁与双向梁）常用于垂直转换施工，它以上部墙到转换梁再到下部柱的途径传递受力，传递路径直接顺畅，便于进行受力计算以及工程分析，高度大致为 0.8m-6.0m，造价比较低。箱式结构（如下图二所示）是在单项和双向的托梁配合的基础上，再与上层和下层楼板共同浇筑而成结构，具有较高的刚度。 2）板式结构（如下图三所
4、示）应用于上层和下层之间的柱网过多错开，且不具有规则的结构布置，梁支托难以实施的楼层转换，板的厚度约为 2.0m 到 2.8m，需要能够满足抗剪与抗切的要求，且此种结构便于灵活布设，但是它具有较大的自重，需要耗费诸多材料。 3）框架结构是以巨型柱或者竖向的筒体为大梁而构成的转换结构，具有较高的抗震性能，其下层的柱体结构布设，必须考虑实际拉应力的状况来选择适当的构件，且要在施工之前加设稳固的临时支撑结构，为目前转换层结构主要发展的趋势。 3、原则 高层建筑中转换层的存在，非常容易造成建筑物在竖向层面的刚度突变，而不利于建筑对震害进行抵抗，所以，设计人员必须充分考虑这一问题，做好对于转换层结构的布
5、设，其布设的原则如下：1）尽量将竖向的构件适当的减少，以降低转换层的刚度突变频率，且尽量将转换层设置于较低的楼层位置，刚度应当适当控制于较小的范围。2）设计人员要充分考虑楼层的结构受力状况，根据其受力传递的途径，选择受力结构适当的形式作为其转换层主要结构，以保证设计人员对于结构的分析及质量的控制。 二、高层建筑中转换层结构优化设计策略 1）设计人员在对转换层进行设计时，必须结合该建筑的具体设计方案，来选择适当的梁式、箱式或桁架、框架式的结构，以保证其转换层结构和建筑整体结构之间在设计方面的协调性，尽可能使质量中心贴近于刚度中心。比如，建筑的上层结构与下层结构在柱网错开幅度过大或全部错开时，应当
6、选择梁式的转换层结构，以使上部轴网和下部轴网之间尽可能多的对齐。2）设计人员还要认真地做好对于落地构件的对称、均匀设计，并适当提高其强度等级与截面尺寸，以钢筋、混凝土材质为材料，保证转换层以下的抗侧力构件对于抗剪以及抗弯刚度需求的满足。同时，设计人员还要避免建筑竖向结构刚度的过大差异，保证上层与下层二者的转换层结构差值处于 1 左右，并适当地将落地墙的厚度增加，并缩小洞口的尺寸，或将补偿剪力墙设置在结构中，以使建筑具有适当的空间刚度。 3）设计人员应当通过根据梁跨中部位支座的正弯矩与负弯矩二者减弱的速度规律（前者快后者慢） ，将下部的钢筋设计为全部深进锚固结构的形式，可以取消弯筋设置，腰筋的直
7、径要保持在 16 以上，配置间距控制于 200mm 以内。且，高层建筑的结构转换层不同于其他普通的薄壁杆件，它具有复杂的形状及受力状况，且需要承担相对集中的应力，因此，设计人员必须以整体计算作为基础，认真做好对于各部位构件的局部应力计算，并按照实际的应力分布状况，为转换层结构适当的配筋。 4）设计人员还要尽量做好对于建筑的空间布设，高层建筑中的结构与设备的转换层一般位于同一楼层，若楼层高度为 2.9m，势必会造成楼层空间的浪费，若楼层高度小于 2.2m，又会造成建筑扭转刚度与侧移刚度二者的增加，所以，为了应对建筑竖向刚度的突变，设计者还要尽可能地避免其转换层的过高设置（一般位于 6 层以下）
8、，并且可以适当地将结构与设备的转换层分开设置，前者设置于 2-3 层，而后者设置于 4-5层。 5）设计人员在设计转换层结构时，必须要使剪力墙某部分处于直接接地的布设状况，且框架支柱必须均匀疏密，剪力墙与支柱二者时间的距离适合控制于 12m 以内。同时，剪力墙应当优先选择大开间的布置形式，并适当地将下部结构的强度提升。在对转换大梁进行设计时，设计人员还要保证梁体在承受框架柱的应力的基础上，必须能够全面地承担短肢墙诱发的内力，为了达到这一目标，以加腋法为转换梁的两端进行处理，以提升其结构的抗剪力性能。 6）设计人员必须要合理设计转换层结构的刚度。转换层刚度过大会增加其材料用量，且造成地震反应以及
9、竖向刚度的突变，刚度过小则会诱发部分构件的次应力以及构件之间的沉降差。所以，设计人员要在保证次梁具有合理的截面尺寸的基础上，适当控制主梁刚度，使其主梁刚度切实地达到结构受力的设计要求，以避免次应力的出现。同时，设计人员应当适当地减少上层结构的刚度，取消对剪力墙的设计，并尽量在保证轴压比的前提下，将墙肢剪短，并且适当地增加其下部结构的刚度，合理设置落地足够数量、适当厚度的剪力墙（核心剪力墙厚度控制为400m，其他剪力墙则控制为 350mm） ，并且在对各剪力墙进行均匀布设的基础上，尽可能地避免在其墙体上开设小洞。 三、结束语：随着现代社会经济的发展，高层建筑项目越来越多，建筑结构设计越来越复杂化、多样化，转换层结构在高层建筑结构中应用普遍。强化高层建筑转换层结构设计水平，提高转换层在高层建筑中的应用能力，是建筑行业迫切需要解决的问题。因此，在未来高层建筑不断增加的条件下，深入对转换层结构的分析和研究，是提高高层建筑技术含量和建设水平的有效依据。 参考文献： 1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) 2关度豪.试述如何做好高层建筑转换层的结构设计J.价值工程,2010(18) 3徐志杰.浅议高层建筑转换层结构的设计J.山西建筑,2011(17) 4曾凡柏.探讨高层建筑转换层结构设计中存在的问题J.中华民居,2011(11)
