带转换层的高层建筑结构设计研究

井征博 吕忠来

青岛雍达筑城建筑设计有限公司 山东青岛 266000

通常来说，往往把大柱网的餐厅以及商场作为综合性功能高层建筑的下层部分，把小柱网相关的住宅以及旅馆等作为建筑中层或者上层部分。因为不同的建筑具备的功能存在差异，所以将建筑空间加以划分，能保证建筑物空间之间科学的转换与过渡。这是每一个建筑结构设计者需要掌握的关键技术。针对高层建筑而言，设计者在设计期间，要重点关注转换层的使用效果，进而提高带转换层高层建筑结构的设计效果[1]。

1 带转换层高层建筑结构的设计原则

1.1 结构转换层概述

一般来说，高层建筑的上部分和下部分之间的功能不同，因此采用不同的结构设计方式，保证建筑设计的质量。同时需要对楼层之间进行结构的转换处理，保证建筑物结构的稳定性。这就是建筑物的结构转换层。

1.2 设计原则

现阶段，我国建筑结构转换层有以下三种形式，即箱形转换层、梁式转换层以及板式转换层。建筑物设计者需要结合工程的实际要求，针对不同类型的结构采取不同的设计方式，保证建筑结构的科学性。我们要思考设计原则：其一，收集建筑物的数据和信息，掌握建筑物的施工数据的准确性。其二，开展工程建模工作，有效地将数据信息发送到计算机网络中，遵照相关的规则输出信息，保证建模设计的质量。其三，计算建筑整体结构，尽力保证高层建筑结构的抗震性以及载荷能力，提高转换层的设计效果。

2 设计前的准备工作

2.1 综合考虑选择转换层结构形式

建筑使用关系到人民群众的生命财产安全，在设计时必须做到有备而无患，综合考虑设计中可能出现的各种问题，提前做好计划。当前，高层建筑转换层结构形式多样，但不同的转换层结构因特点不同、优缺点不同，其实际应用也会受到限制，设计者在设计转换层结构形式时必须要认真研究设计方案，同时考虑以下因素:①抗震。考虑到抗震的需要，要谨慎选择厚板转换层结构模式。因为这种结构自重大，重量可达数千甚至上万吨，加之该结构上层刚度大、下层刚度小，底部在使用中极易发生变形等问题，埋下震害隐患。箱型转换层结构也同样存在质量和刚度过大的问题，会产生激烈的地震反应。若非特殊情况需要尽量避开这两种转换层结构形式。②经济性。高层建筑建设成本较大，在转换层结构设计时既要考虑建筑功能需求，还应考虑造价问题，要尽可能采用经济性强的结构形式，降低成本。③安全性。要尽可能选择可以减少竖向构件的转换层结构形式，以减小转换刚度，确保建筑物的安全性和稳定性。综合考虑以上因素，在高层建筑转换层结构设计时，应积极探索使用新型转换层结构，不能只为了追求建筑多样化功能盲目选择结构形式。要尽可能以梁式转换层结构、预应力拱式转换层结构、搭接柱转换层结构来代替传统的转换层结构形式，这些结构形式的抗震性能、安全性、经济性都较高，可以提高建筑物质量[2]。

2.2 精心设置落地构件确保其强度

在转换层结构设计前，一旦确定了转换层结构形式，就要提前进行落地构件的设置。选择落地构件时，要对构件的强度进行检验，必须要选择高强度的落地构件。设计时要尽可能让构件贴近重心，避免转换层承受过大压力，确保构件间距对称、均匀。

3 带转换层高层建筑结构的设计方式

3.1 设计转换梁截面

在设计高层建筑的转换层结构期间，首先要对转换梁截面进行设计，思考高层建筑中梁能够承受的压力以及转换层的受力情况，之后结合这些数据，选择科学的计算方式。一般情况下，针对转换梁截面的设计，含有托柱形式和拖墙形式两种。对于拖柱形式的转换梁设计，应该思考截面的尺寸。

3.2 设计转换层结构构件

针对转换层而言，出现突变的不只是竖向刚度，在竖向侧力构件上会存在不连续的情况，以至于高层建筑的转换层中的传力路径会发生突变，特别是受到强震的影响，高层建筑中强度薄弱的部位也会产生对应的作用力。若想要确保转换层上部构件和下部构件同时提升强度，需要增加转换层周围的构件强度，由此便于转换层水平剪力的传递，防止转换层在地震的影响下毁坏。

3.3 设计转换大梁

梁式转换层的结构设计要求为：首先，转换层上的模板应该将高层建筑上层内部对应的水平剪力传递给下层剪力，保证上层自身存在较强的平面剪力。针对竖向荷载，也要一同设计，由此提高高层建筑楼板的刚度和强度。其次，转换层大梁主要是借助上部剪力墙以及柱子实现对竖向构件的内力传递，加之其自身能够承受的压力比较大，作为抗震中的主要环节，所以大梁的设计十分必要。

3.4 设计转换层的抗震效果

高层建筑物内部的转换层被加工与处理，整体上会影响建筑物的刚度。因为转换层结构中的竖向承载力在某一个瞬间会发生变化，在一定程度上会导致传力方向出现偏差，在这种情况下，高层建筑的转换层结构具备的抗震性能会降低。要想确保转换层具备一定的安全性，应该在建筑三层或者三层以上的施工作业中，对建筑物的墙柱进行加固，保证建筑物自身具备抗震能力。

3.5 设计托墙形式的转换梁截面

转换梁自身能够承受的上部墙体在尚未开洞之前，应该保证转换梁和上部墙体一同工作。这样，建筑的受力情况以及形态的破坏形式便是深梁。因此在设计托墙形式的转换梁截面期间，需要对应力与深梁进行计算，在计算出纵向钢筋的承受能力基础上，对建筑进行控制。若转换梁中存有的梁跨度比较大，尽力不要将建筑物底层的纵向钢筋弯起，而是尽力将大梁设计在建筑物的底部[3]。

综上所述，现阶段我国高层建筑物逐渐增多，建筑种类呈现多样化，同时建筑形式在持续升级中，所以开展带转换层高层建筑结构的设计方式研究课题具有十分重要的现实意义。对于带有转换层高层建筑物的设计，需要全方位了解建筑物的内部结构以及建筑物的在生活中的存在作用，结合实际，制定转换层设计方案，推动建筑行业的发展。