建筑转换层的结构设计探讨

李冬明

摘    要：随着我国经济的发展和社会的进步，城市建筑在结构设计方面也出现了新的设计理论和技术方法。特别是大量高层建筑出现后，在功能转换上对结构设计提出了新的要求。在此背景下，在建筑结构的设计中逐步发展出了梁式转换层的设计方案，这种新的结构形式能够更好的提高建筑功能的转化率。因此设计人员应积极学习新的设计理念，掌握相关的设计技巧，并与建筑工程的实际情况相结合。文章将对建筑结构中的梁式转换层这种新型结构的设计进行分析和探讨。

关键词：转换层;结构设计;策略

1  引言

带转换层的高层建筑，其特点是建筑物沿竖向使用空间逐渐变小，与传统的建筑结构要求相違背。由于其竖向结构自上而下是逐渐减少的，所以在竖向结构转变处，必须设置转换结构，设置转换结构的楼层就称为转换层。转换层结构的常用形式主要有梁式转换、桁架转换、厚板转换、箱型转换以及搭接柱转换等。

其中以梁式转换层结构最为常见。

2  高层建筑转换层特点

高层建筑转换层主要特点 ：使楼层的上部结构荷载通过转换层重新分配并传递给下部结构和地基基础 ;由于转换层刚度大、应力集中且力的传递突变，因此遇到偶然荷载（水平地震作用）作用时，转换层受到较大外力和产生水平位移 ;转换层梁柱和梁上墙节点较多，节点处的钢筋锚固、插筋与变径较复杂。若施工

不当，会造成转换层应力集中，产生裂缝、挠度超出规范要求范围等现象。在一些地震多发区域，需对高层建筑的水平受力进行合理控制。整个建筑的楼层刚度、质量不允许出现突变状况，需确保其变化的均匀性。在遭遇地震作用时，避免建筑物出现薄弱层，对整个结构稳定性造成不利影响。

3  高层建筑转换层的定义和功能

高层建筑的高度较高，其下部结构承载的压力较大，上部结构受力较小，在高层建筑的下部，应当设置较强的承载力结构，这和建筑功能要求及常规结构设置产生矛盾，因此在高层建筑结构中必须有转换结构，实现楼体结构的自然过渡和轴线布置合理。转换层结构保证了高层建筑的上部竖向杆件不直接贯通落地，有效提升了下层结构的使用空间要求。通常而言，转换层结构可以分为三种： （1）上下层不同结构类型转换层，这种转换层在楼体上部为剪力墙或框架剪力墙结构中应用较多，它为剪力墙结构创造了内部自由空间。 （2）上下层柱网、轴线改变转换层，它没有改变转换层的上下结构形式，但使下层的柱间距变大，常用于外框筒下层。 （3）改变结构形式和结构轴线位置的转换层，这种结构把转换 层的轴线错开形成上下结构不齐的结构布置。在实际工程建设中常用的转换层有梁式、箱式、板式、架式等多种结构形式。

4  建筑梁式转换层结构设计的原则

4.1  降低竖直构件的使用数量

在建筑的梁式转换层设计过程中，对竖直构件的使用数量有一定的要求，在施工中要避免使用过多的竖直构件，其是刚度突变的主要影响因素，所以在建筑中要避免对于竖直构件的过多使用，避免影响转换层的存在效果。

4.2  对转换柱和剪力墙进行对称设置

在开展设计工作时，要把转换柱和剪力墙对称放置，并且立柱的相互转换会促使整体结构受到一定影响。通常对称结构具备稳固性和不容易变形的特征，这样就应该将转换柱和剪力墙对称放置，这是最佳的选择，不仅可以对建筑的稳定性进行大大增强，还能确保防震的效果。

4.3  提高转换层结构的刚度

为了提高转换层结构的刚度，就需要放弃转换层结构层整体的刚度，这样才可以保证转换层结构在建筑工程中的应用质量。结构墙对转换层结构刚度的提高有一定的作用，但是一定要注意受压平衡，不可以出现不均匀受力，这样容易对转换层造成损害。此外一般转换层下部结构的承受压力较大，需要提高转换层下部结构的刚度，同时也要做好整体的抗压准备，不能因为一时的利益而损害了整体的安全。整体的抗压结构设计一定要符合国家规定的数值。

5  梁式转换层结构的设计与构造

梁式转换结构是转换结构中最常见的一种转换形式，主要原理是利用下部的转换大梁来支托上部结构，它的传力途径为墙-梁-柱 （ 墙 ），具有受力明确、传力直接、便于分析计算等特点。

5.1  转换梁的设计与构造要求

框支主梁可直接承托上部剪力墙或者承托转换次梁及次梁上的剪刀墙，框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需要承受 梁传给的剪力，扭矩和弯矩，框支主梁易受剪破坏。转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定，以避免脆性破坏和具有合适的含箍率。转换梁不宜开洞，若需要开洞，洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施，箍筋要加密，以增强其抗剪能力。

5.2  转换梁的截面设计方法

目前国内结构设计工作普遍采用的转换梁截面设计方法主要有：应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析得到的结果是应力及其分布规律，为能直接应用转换梁有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，假定不考虑混凝土的抗拉作用，所有拉力由钢筋承担钢筋达到其屈服强度设计值。受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值。托墙形式转换梁截面设计：当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。

5.3  框支柱的设计与构造要求

框支柱截面尺寸一般系由其轴压比计算确定。地震作用下框支柱内力需调整。抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数，并按放大后的弯矩设计值进行配筋;剪力调整—框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用：框支柱的数目不多于10根时，当框支层为 1～2 层时，每层每根柱承受的剪力应至少取基底剪力的 2%;当框支层为 3 层及 3 层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的 3%;框支柱的数目多于10根时，当框支层为 1 ～ 2 层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的 20%;当框支层为 3 层及 3 层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的 30%;框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱 的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。框支柱全部纵向钢筋配筋率，抗震等级一级时不小于 1.2%，二级时不小于1.0%，三级时不小于 0.9%，四级及非抗震设计时不小于 0.8%。

6  总结

综上所述，自改革开放以来，人们的经济水平、生活水平得到了非常大的提高，同时也提高了对建筑质量、舒适度的要求。对转换层结构进行科学、合理的设计，有利于建筑物整体性能、质量的提高，因此，转换层结构设计已经成为了高层建筑设计过程中的重点问题。随着现代化建设进程的不断发展，高层建筑也逐渐朝着更复杂、结构更多样、功能更齐全的方向进行发展，为使高层建筑在现代化进程中取得更好的发展，必须加强对转换层结构设计的研究。

参考文献：

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