建筑转换层的结构设计探讨

裴先宇 安徽安德建筑设计有限公司

在高层建筑的结构设计中，为了通过避免结构的侧向刚度的突然变化而形成薄弱的层，通常，具有规则且均匀的竖直布置并且抵抗竖直侧向力的构件是坚固的。但是，在工程实践中，由于某些建筑物功能的特殊要求，例如当建筑物的第一层需要较大空间时，不可能直接连接框架柱或建筑物的剪力墙的一部分。因此，有必要进行活动的板的设计，根据上部结构件的不同，可将转换结构分为支撑墙转换和支撑柱转换，并可根据不同的类型将其转换为各种转换类型，例如梁式，平板式，桁架式等。其中，以转换光束为主要转换结构成分的光束型转换结构是最常见的结构，具有结构简单，稳定的特点。

具有过渡层的高层建筑的设计属于复杂高层建筑的类别。由于垂直组件（例如墙和柱）的连续性受阻，因此转换层的作用力更加复杂，并且很容易形成抵抗侧向力的弱点。应特别注意结构的设计。变形构件的受力特性可增强建筑物的整体结构。如有必要，应对力的复杂部分进行额外的应力计算和分析。

一、转换结构受力特点

（一）水平转换构件

梁式转换结构以转换梁式为主要水平转换元件，直接承受转换框柱或上剪力墙传递的垂直载荷，接收情况更为复杂。在上部结构的载荷下，转换梁有较大的剪切力与弯矩。支柱转换梁对支柱部分和转换梁本身的侧孔或上壁施加较大的集中载荷，导致转换非常容易造成梁中的应力集中。对于支柱转换梁，由于上下垂直载荷的偏心作用，转换梁通常承受一定的扭转作用，因此需要对转换梁的扭转承载力进行计算分析和加强措施。对于框架支撑梁，通过弯矩和轴向力的共同作用很容易形成偏心压缩，梁的截面被拉伸到更大的面积，整个截面也被拉伸。

（二）转换层位置对结构整体受力特性影响

变换层由水平变换和下部构建组成。由于竖直构件的布局的变化，转换上层和下层在侧向刚度上有很大的差异，从而导致了构件内力的急剧变化和变形。因此，转换层是高层建筑结构设计的关键部分。转换层的位置对结构的整体抗侧向力有很大影响，在分析和计算结构的侧向刚度时，应注意选择上部和下部计算模型的高度，传输层的一部分。通常，位置过渡越高，对于地震结构，特别是对于从地板到天花板的框架支撑的部分剪力墙，不利的情况就越大。在地震作用下，可能会损坏高位过渡处的上壁并产生低位剪力墙的裂痕，因此应限值转换层的位置不应太高，并且框架的抗震结构措施柱和剪力墙的楼板加固应作相应的改进。

（三）竖向转换构件

竖向转换构件通常是指支撑转换梁的垂直构件，该转换梁是转换柱。转换柱的受力形式与普通框架柱几乎相同，但受力大，破坏效果严重，是输送层结构中必须加强的重要受力构件。转换柱的抗震承载力主要由柱段的轴向压缩比和剪切压缩比控制。考虑到结构的整体地震变形能力，输送柱不应过早屈服。在抗震承载力的分析计算中，有必要调整输送柱，上下柱以及连接端的剪切弯矩和弯矩的设计值。对于楼板剪力墙结构，特别是当地震作用降低楼板剪力墙的刚度时，有必要考虑框架柱和楼板，剪力墙的协同抗震性能，使框架支柱承受更多地震。另外，由于转换梁和柱的受力特殊性，在节点区的受力很大，必须进行地震检查计算。

二、建筑梁式转换层结构设计的原则

（一）转换梁结构设计

与主要弯曲的普通框架梁不同，必须考虑转换梁以承受拉力，弯曲，剪切和扭转的综合作用。设计横截面时，除了满足弯曲能力和剪切能力要求外，转换梁的横截面尺寸还受剪切压缩比的控制。同时，考虑到零件的整体稳定性，高宽比不应太小。当考虑转换梁与上下垂直构件之间的连接时，通常限制为没有较大的横截面宽度。在同一方向上，不小于输送柱的宽度，不小于支撑体，而且至少是柱子宽度或支撑壁厚度的两倍。在放置偏心张力转换梁钢筋时，除了要满足相应的地震结构措施外，梁底部的所有纵向钢筋都必须穿过立柱，并且梁顶部的至少50%的纵向钢筋必须通过贯穿整个长度。为了扭曲转换梁，应沿着腹板的高度放置腰部钢筋，转换梁横截面的中线应重叠，并且将与转换梁方向正交的框架梁设置在支撑柱的位置以减小扭矩。此外，应特别注意由侧孔和集中载荷等因素引起的转换梁横截面中的应力集中。在转换列中应限制诸如转换梁的开口尺寸和上壁的几何参数以及距离，而且距离应被限制，并且对应的部分应该是诸如钢筋加密等措施。

（二）转换柱结构设计

在具有转换层的高层建筑物的抗震设计中，必须确保转换柱的安全性，因为如果转换柱作为支撑重要力的组件而损坏，则整个结构都将被损坏。对于支撑柱转换结构，应根据建筑物的抗震等级适当调整转换柱的轴向力设计值，并应根据控制原理调整柱端的弯矩设计值，强柱和弱梁的抗震机理；柱端弯矩应根据强剪弱弯的原理进行调整。柱截面的最终剪切力和设计值还必须满足控制条件，剪切压缩比；遵循强节弱构件的原则，检查转换梁柱节核心部位的抗震承载力，并采取适当的结构加固措施。对于某些框架支撑剪力墙结构，需要根据框架柱的数量和轴承结构的基本剪力比，转换层的弯矩和剪力设计值来调整地震剪力。转换层到天花板的剪力墙的钢筋应根据抗震等级进行调整，应避免使用剪力墙，并且两端应偏心拉长。转换柱的横截面主要由轴向压缩比控制，最小横截面的高度和宽度分别为转换梁跨度的1/12 和450mm。必须确保色谱柱的横截面太大而无法形成“短色谱柱”。为了提高安全性，转换柱对增强柱的要求比一般框架柱要高，垂直增强的最小增强率增加0.2%，最小增强特性值增大0.02，最小体积加固率提高了0.7%。转换塔的箍筋必须沿色谱柱的整个高度紧密堆积，并且箍筋的最小直径和最大间距也比常规框架塔更高。

三、结语

转换层结构的科学合理设计有助于改善建筑物的整体性能和质量，因此转换层结构的设计已成为高层建筑设计中的关键问题。随着现代化进程的不断发展，高层建筑正朝着越来越复杂和多样化的结构以及功能越来越完善的方向发展。在现代化过程中，至关重要的是要更好地发展高层建筑转换层钢筋结构设计研究。