关于高层建筑转换层结构设计的几点探讨

李明

摘要：建筑转换层结构是建筑物内部重要的结构之一，在高层建筑受力复杂，结合某高层建筑商住楼工程实例，扼要介绍高层建筑转换层结构设计要点、构造情况及转换层的设计方法。详细阐述了高层建筑结构转换层的多种型式，结构传力机理、结构设计特点和计算方法，并对设计细节进行了优化，对计算结果具体数据进行了分析和评价。

关键词：高层建筑，结构设计，高位转换

一、高层建筑转换层结构的具体作用

结构转换层的作用就是对高层建筑上下层不同结构的楼层进行转换，可以使高层建筑的上层的剪力结构转变为无框架结构，这样可以错开上层建筑的轴线和柱网轴线，使得上层建筑层和下层建筑层的不同结构可以实现错位布置，满足建筑结构多样化和多功能化的需求。根据实际情况分析可知，高层建筑的低层建筑层一般作为大型商场来用，所以底部建筑的结构需要较大的空间，建筑内部的墙体数量远远少于上层住户层。转换层的作用是通过改变轴线，从而使得底部结构的网柱距离扩大，使得底部建筑层可以获得较大的空间。而上层建筑需要多墙体和较小的房间，转换层可以使上下两种类型建筑结构类型进行有效的结合，保证了上层建筑和下层建筑的不同建筑结构[1]。

二、高层建筑转换层结构的布置

有的高层建筑之往往需要多处的转换层，所以建筑的结构转换层为了满足上部建筑结构设计的需要，需要设计一套适合该建筑结构的转换层结构构件来实现建筑结构的转换。我国当前主要使用的结构转换层方式有换大梁、桥架以及空腹桥架等。这些方式都是建筑结构转换层可以使用的构件，当然这些构件的使用需要考虑高层建筑的实际情况，并不是所有的构件都可以适用于任何标准的高层。因为高层建筑的防震设计是建筑建设的一项重要工作，一些转换构件并没有做太多的地震测试，所以使用这些构件对建筑的安全没有保证，需要对这些构件做进一步的调查和研究。比如厚转换板形式就不适合用于地震频发的地区，但是厚转换板在建筑地下室的应用中受地震的影响较小，所以，厚转换板可以在地下室得到很好的运用。在转换层中使用落地剪力墙和框支柱可以加强转换层的作用，使得转换层的稳定性大大的提高。一般的通体结构的高层建筑需要内筒全部贯穿并且落地，墙体也要进行一定的加厚；而框支剪力墙结构建筑的转化过程需要剪力墙结构进行转换；长矩形框支的落地剪力墙一定要根据建筑的实际结构需要和相关规定进行设计。

以上是对不同建筑结构在设计上下层建筑之间转换层需要注意的事项，这样在设计高层建筑的转换层是可以有效的掌控建筑的刚度，使得转换层之间能量转换的效率大大提高，这样建筑的转换层可以传递较大的力量，提高了建筑的转换层的稳定性。另外，框支剪力墙的转换梁的结构上尽量不设置门洞，因为门洞会降低转换层的传递能力。其他结构比如落地剪力墙和简体来说可以在墙体中间设置门洞，这样使得转换层的受力均匀[2]。

三、高层建筑转换层结构的抗震设计

根据相关研究表明，高层建筑在地震作用力下，建筑转换层结构可以使倾覆力矩分布曲线发生转变，所以高层建筑的转换层对于建筑的防震、抗震效果是非常不利的，所以考虑高层建筑的抗震效果，一般在转换层下部采用剪力墙结构，这种结构可以使得地震过程中的倾覆力快速的传递下去，而支撑框架的很少传递倾覆力矩。换言之，转换层结构的中的框支剪力墙的大部分力量都通过楼板传递给落地剪力墙，这也是倾覆力矩变化曲线发生较大变化的原因。综上所述，如果高层建筑的转换侧设计在建筑的较高位置，剪力墙的更容易在力的传递过程中发生损坏，因为剪力墙部分受力较大，使得墙体出现裂缝或者变形。至于建筑下部的框架则更容易发生损坏，所以高层建筑使用这种建筑结构十分危险。所以在实际设计过程中要多加注意此类建筑结构的设计，为了提高建筑的抗震能力，再设计处于较高位置的转换层时，应该加强建筑框支柱和剪力墙底部的抗震等级，从设计方案上提高建筑的整体抗震要求，确保建筑质量能够有效抵抗地震对建筑的损坏。

不过对于一些特殊的转换层，比如地步带转换层的框架，它们不用采用上述的措施，因为这种转换层类型的建筑的上部和地面是不相连的，所以这类建筑的转换层的结构相当的脆弱。所以在设计这类建筑过程中对于剪力数据要乘于规定数据的几倍。转换层刚度不能满足本层楼层即认为楼层安全，要加大对转换层刚度的计算倍数。对于有转换层的高层建筑要根据其实际情况和自然环境对其相关结构进行精确计算，同时结构设计的方法也是保证高层建筑抗震能力的重要因素[3]。

四、建筑转换层结构设计中的注意事项

（1）保证转换层的刚度

转换层对建筑的作用非常的重要，它的设计高度影响到建筑整体的质量水平，在建筑工程设计和施工过程中，因为转换层要承担建筑本身的重量，同时涉及到转换层的高度，这都是增大转换层负荷大小的原因。同时转换层结构对建筑的刚度大小也有一定的影响，转换层反而成为建筑整体最薄弱的环节，大大降低了高层建筑的抗震性能，所以转换层的刚度设计要远远大于上层建筑结构的刚度。合理设计建筑内部墙体结构，使得各方面受力均匀，适度的对部分墙体进行加强，从而使得转换层的刚度满足基本需要，确保高层建筑的质量安全。

（2）提高转换层与建筑物的整体性

转换成关系到整体建筑的质量安全和抗震性能，只有不断的分析和调整转换层的设计结构才能保证建筑整体的安全可靠，提高建筑的稳定性，大大提高了高层建筑的使用年限。所以根据高层建筑上下层结构的不同，尽可能简化设计方案，是建筑整体的质量中心和刚度中心保持一致，是转换层的受力更加的均匀，避免因为受力不平衡导致轻体裂缝和变形情况的发生。

（3）合理安排转换层的位置

因为高层建筑结构的复杂性，所以建筑物内部的受力更加的不平衡，稍有细微的变化都能决定建筑的整体质量。高层建筑的防震设计是建筑建设的一项重要工作，一些转换构件并没有做太多的地震测试，所以使用这些构件对建筑的安全没有保证，需要对这些构件做进一步的调查和研究。比如厚转换板形式就不适合用于地震频发的地区，但是厚转换板在建筑地下室的应用中受地震的影响较小，所以，厚转换板可以在地下室得到很好的運用，保证建筑整体的质量安全[4]。

总结

总之，要严格掌控高层建筑的转换层结构设计标准，使得建筑的抗震能力大大提高，避免地震灾害。从建筑的立项开始，就对建筑的地理位置、自然环境、设计方案、施工标准、质量监督以及最后的质量验收都考虑进抗震能力。建筑转换层是建筑中重要的一个结构，再设计过程中时刻注意技术要求和质量问题，对于设计过程中发现不合理的问题一定要及时讨论并进行改正。充分了解注意事项，有效提高设计效果，保证工程质量合理，不断降低施工的技术要求，使得施工难度不断的降低，节约了建设成本。这对我国未来建筑行业的发展起到极其重要的作用。

参考文献

[1]叶果，袁国锋.浅析建筑物转换层结构设计[J].中国新技术新产品，2013，08：196-197.

[2]韩文海.建筑转换层的结构设计探讨[J].产业与科技论坛，2011，14：60-61.

[3]赵恒.对高层建筑转换层结构设计的有关探讨[J].中国建筑金属结构，2013，14：93.

[4]徐斌.高层建筑转换层结构设计的探讨[J].中国新技术新产品，2013，04：167-168.