1、试述高层建筑结构转换层的结构设计摘要：本文笔者结合自身工作实践经验，从高层建筑转换层的结构形式、高层建筑转换层的设计原则、高层建筑转换层的结构设计以及高层建筑中转换层结构优化设计策略等方面对高层建筑结构转换层的结构设计进行了探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。 关键词：高层建筑 结构转换层结构设计 中图分类号：TU318 文献标识码： A 一、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、梁式和板式的转换层;如果框筒结构需要在底
2、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。 二、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: 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。 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，要避免使用次框、支柱梁的结构方案。 3.要优化转换层上下结构的侧向刚度比值。按照相关的规范要求，在设计过程可以采取加大框支柱断
3、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。 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。 三、高层建筑转换层的结构设计 1 .高层建筑转换层中有关抗震的设计 高层建筑转换层会引起建筑物竖向刚度发生突变，遭遇地震作用时形成薄弱环节，就会影响结构的抗震功能。所以在设计转换层结构时要做到以下几点: 1) 尽量减少需要转换的竖向构件，竖向构件直接落地的数量越多，转换结构就会越少，刚度突变也就越小，有
4、利于结构的抗震。 2) 在高层建筑的竖向位置，转换层结构宜低不宜高。 3) 要优化转换层的结构，选择具有明确传力路径的型式，以利于结构的分析设计和确保施工的质量。转换层的刚度在满足建筑物经济和安全要求下，宜小不宜大。 2. 高层建筑转换层总体结构设计 1) 下部主体结构刚度的分布。竖向刚度的突变在转换层结构中是个非常复杂的问题，进行抗震设计时，转换层结构中上下层主体结构总剪切度要满足一定的要求，这时就可以采用增设剪力墙、提高混凝土强度等级、加大下部主体竖向构件的截面尺寸等方法。 2) 合理布置剪力墙。要注意到剪力墙对上下刚度传递时造成的影响，要想避免上下结构刚度的突变，可以通过以下方法来解决:
5、 首先，减少上部的刚度，尽量不在上部设置剪力墙; 其次，要加大下部的刚度，在条件允许的情况下，可以在适当的部位设置一些落地剪力墙，还要保证落地剪力墙的均匀对称分布，不要出现过于集中的现象。 3) 合理选择转换层的结构刚度。设计转换层结构时，要合理的选择转换层结构的刚度。如果刚度过大，会引起竖向结构的突然变大和地震反应，使转换层受力状态很不好，同时还会导致材料的用量增加，造成成本增加，不具有经济合理性。如果刚度过小，上部的竖向构件跟其它竖向构件会出现很大的沉降差，导致水平构件中产生次应力，配筋也会增加。 3.高层建筑转换层结构的构件设计 1) 框支柱的设计。在转换层结构中，框支柱是重要的构件，对
6、整个结构的安全性有着很大的影响。由于各种原因的存在，在实际施工中，楼板会出现变形的问题，剪力墙也会导致裂缝的产生。而且变形和裂缝都会降低刚度，使框支柱的剪力也增加很多。因此在实际结构设计中，要根据相关的标准规范单独的设计能够提高框支柱剪力的单元。还要把框支柱上部墙体的纵筋延伸至墙体的内层，从而可以强化转换层的上下连接关系。 2) 转换层楼板的设计。框支剪力墙通过转换层可以分为上下两部分，上下两部分的受力情况是不同的。在上部的楼层中，外荷载引起的水平力是根据剪力墙的不同刚度比例进行分配的; 在下部的楼层中，落地剪力墙刚度由于跟框支柱的刚度有很大差别，它承担了大部分的水平剪力，转换层部分的荷载分配
7、不均匀。转换层楼板主要负责承担上下部分剪力的分配，由于转换层楼板受力强、变形幅度大，因此为了完成转换任务必须要具备足够的刚度。 3）高层建筑结构转换层框支架设计 高层建筑结构转换层框支梁的作用是将剪力墙上面部位传递的竖向荷载承托住，以确保框支剪力墙具备足够的抗震能力。通过实验证明，梁端和柱头在竖向荷载的作用下，最容易被破坏，因此其结构设计必须注意：框支架的宽度大小要大于上部墙体 2 倍以上的厚度，约为 400mm左右。如果梁高不足，则可以再上端部位加设腋梁。其中梁的抗剪承载力决定了上梁的截面尺寸，如果框支梁没有设置弯起钢筋，则箍筋和混凝土需要一起承受所有的剪力。关于梁截面尺寸，可按照有关公式确
8、定。四、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
9、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它普通的薄壁杆件，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.
10、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） ，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 23 层，而后者设置于 45 层。 五、结语 综上所述，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。 参考文献 l疏桐 高层建筑转换层结构设计探析 CT建筑知识:学术刊，2012 (08) 2袁由冲 高层建筑转换层结构设计探析 CT科学之友:中，2012 (6) 3于颖 高层建筑转换层结构设计分析 CT商品与质量:建筑与发展，2012 (6)
