中联西北工程设计研究院有限公司 710082
摘要：随着城市化建设进程的不断深入，高层建筑得到了非常大的发展，并为缓解现阶段城市普遍存在的用地紧张问题作出了突出的贡献。为保证高层建筑的质量，必须加强对高层建筑转换层结构设计的研究与重视。对此，本文将对高层建筑转换层结构设计进行探讨。
关键词：高层建筑；转换层；结构设计
随着经济的发展，建筑施工技术也在不断进步，同时建筑结构设计水平也在提升。在高层建筑设计中转换层结构起着承上启下的作用，既是建筑上部结构的基础又是建筑下部结构的顶板，在高层建筑结构中有着至关重要的作用。如何对转换层进行科学合理的设计，是建筑师需要重点考虑的问题。
1高层建筑转换层结构形式及特点
1.1 粱式转换层
目前，在高层建筑中实现竖向构件转换最常用的结构形式是粱式转换，其传力途径直接、明确，是由上部墙、柱经转换梁传力给下部墙或柱来实现整个建筑物的不同使用功能要求的。这种转换方式不仅有利于工程的计算、分析及设计，在成本造价上也较低，因此广为人们所应用，根据资料显示，其数量是转换层总量的 77％。选择转换梁的截面高度通常为 0.8～6m，在带转换层结构的高层建筑中主要以梁式转换层为主。
1.2 箱式转换层
这种转换方式是通过单向托粱和双向托粱与上、下层较厚的楼板浇筑为一个整体而实现的，这种转换层刚度较大、自重一般。
1.3 板式转换层
板式转换层主要是应用在转换层上下柱网错开较多、布置没有次序、无法用梁进行承托的情况下，需将转换层做成 2.0～2.8m厚度的转换板，这是从抗剪和抗冲切的角度考虑的。这种转换层的下层柱可灵活布置，然而因自重较大，所费材料较多，施工难度大。
1.4 桁架转换层
桁架主要包括空腹桁架与实腹桁架两类。与梁式转换层相比，这种转换层的受力更加清楚、明确，使用、活动空间更大，自重小，抗震性能也更高，但其节点设计复杂，容易受到各种因素的制约，无法广泛运用于各类高层建筑中。
2 转换层的功能
第一，建筑功能。利用转换层结构可以为高层建筑提供宽阔的室内空间和出入口。
第二，结构功能。高层建筑利用转换层可以实现上下部结构的转换，上部的剪力墙结构更适合于民用住宅结构，而下部框架结构由于可以具有较大的内部空间，更适宜商用。通过转换层将两者有效的融合为一体，确保了高层建筑结构的多样化。
第三，轴线及上下层柱网转换。利用转换层进行结构设计时，在其不改变上下结构形式的情况下，可以通过对轴线及上下层柱网的改变，实现下部柱距的扩大，以大柱网的形式满足下部大空间的需求。
3 转换层设计原则
在做好结构形式确定后，需要按照以下原则开展设计：第一，减少转换次数，在对主体竖向构件布置时，要尽可能连通多个数量的墙柱，在减少转换构件的基础上减少转换层刚度突变，更有利于结构抗震的实现；第二，保证传力的直接性，在具体设计中，要避免多级转换，尽可能减少支柱梁以及次框结构方案；第三，要做好上下结构侧向刚度比值优化。根据相关规范，在具体设计中，可以通过加大框支柱断面以及提升混凝土强度等方式获得转换层下部结构的强化，且能够实现上部结构刚度的削弱。通过该种方式的应用，则能够有效实现测线刚度以及上下结构承载力的优化，更好的满足抗震设计要求。
4 高层建筑转换层结构设计
4.1 转换层结构布置
在建筑结构的底部结构中设置转换层，一般是在高层建筑中进行。所以在转换层上部的竖向构件切勿直接连贯的落地，这就需要设计人员设计出安全性和可靠性较强的转换构件。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆就当前的建筑转换层特点来看，常用的转换构件主要有转换析架、转换大梁、空腹析架和斜撑以及箱形结构和厚板等。其中，转换厚板一般只适用于六度抗震设计或非地震区使用。若属于空间较大的地下室，由于其周围存在约束作用，所以地震反应往往比地面上的框支结构要小，所以在7度和8度的抗震设计时也可以选取厚板转换层。而为了预防转换层的下部结构因地震而倒塌，就应设置落地框支柱和落地剪力墙，且在整个布置过程中严格按照《高规》的有关规定进行。尤其是应注意以下几点：一是当建筑为筒体结构，且需要设置转换层，就应确保其内筒的全上部和下贯通落地，并紧密结合刚度要求增加墙的厚度；二是当建筑的结构为框支剪力墙结构时，就必须确保剪力墙的上下足够贯通，并且按照刚度比将其墙壁的厚度增加；三是当其结构为长矩形平面的框支剪力墙结构，就应在规范的基础上适当的将其落地剪力墙间距提升。
4.2 转换层竖向布置
转换结构可以根据结构的传力以及建筑的功能需要，沿着高层的建筑方向灵活布置，也可以符合建筑功能要求的基础上，能够在楼层的局部来设置转换层，而且自身的空间可以作为一种技术设备层，也可以作为一种正常的使用层，但是前提是要保证转换层的刚度，这样来防止刚度的过分悬殊。此外，在一些商业建筑中，如果是一种大底盘的多塔楼，对于塔楼的转换层来说，就应该将其设置在裙房中的屋面层，而且要加大屋面梁的尺寸以及厚度等，以防止其中间会出现一种刚度太小的楼层，进一步将震害减小。对于一些框支剪力墙的高层建筑中，在转换层位置的设置方面，7 度区应该要低于第五层，8 度区域要低于第三层，如果转换层的位置与上述的规定不相符合，那么就应该要采取相应的措施来予以应对。
4.3 转换层抗震设计
为了进一步的保证设计的准确性与安全性，规定在一些框支剪力墙其转换层的位置如果是设置在第三层以上，那么框支柱以及剪力墙其底部的抗震等级要提高一级，如果已经是特一级就不再需要将其提高，而对于底部的框架来说，如果其外围为密柱框架，其抗震等级就不用再提高。转换层其构件在水平地震作用下的内力要将其调整，如果是八度的抗震设计，就要对竖向地震的影响需要考虑。
4.4 转换层楼板设计
以转换层为界，框支剪力墙被分为上下两部分，且这两者的受力情况是有差异的。上部楼层中，外荷载产生的水平力具有一定的分配原则，是根据各片剪力墙的等效刚度比例来进行的；下部楼层中，框支柱的刚度不同于落地剪力墙间的刚度，水平剪力主要由后者承担，即在转换层处荷载分配不均匀。转换层楼板的任务较重，主要负责完成上下部分剪力重分配，且因转换层楼板自身存在的受力大、变形大特点，必须要有足够的刚度来支撑其任务的完成。
4.5转换梁设计
在进行转换梁设计时，要特别注意对转换大梁与上部结构共同工作程度的分析，它不仅会影响转换梁的内力大小，还可能改变其受力状态。对于满跨框支剪力墙，考虑完全共同工作的分析与不考虑共同工作的分析结果存在很大的差异，前者的跨中弯矩和支座剪力分别较后者小 10% 和 50%，而支座弯矩则有所增大，轴向拉应力明显增大。规范规定此时转换梁按照轴心受拉构件计算，但研究表明将转换梁看作深梁的受拉翼缘时可以得到更理想的效果。
4.6建筑转换层上下结构的侧向刚度比比值的确定
对建筑转换层上下结构的侧向刚度比比值进行有效的确定，才能更好地确保下部楼层的刚度得到有效的控制，同时确保转换层的侧向刚度达标，有效的预防转换层侧向刚度柔软。所以在确定其比值时，当转换层设置在 3 层及 3 层以上时，应按高规规定分别计算等效侧向刚度比和转换层本层与转换层相邻上部楼层侧向刚度比，设计中应同时满足这两种刚度比的限制条件，且结合实际对其比值进行确定。当高层建筑为扩大外围柱距的框筒结构或内部抽柱的框架结构时，由于建筑功能上要求下部柱子截面小，层高要比上层高许多，因此很难满足上述要求。此时建议转换层以下采用钢骨混凝土柱或钢管混凝土柱，这样来调整柱的截面面积、刚度和延性，从而达到满足建筑功能的要求。
总之，转换层类型的选择应结合高层建筑的特点来进行，科学、合理的转换层选择能大幅改善高层建筑所具有的使用功能。在具体的设计过程中，建筑构件的受力应结合高层建筑的实际情况和特点进行计算，进而对设计方案进行合理微调，最终实现高层建筑安全性与稳定性的全方位提升，使预期的使用要求得到满足。
参考文献：
[1]简羽.建筑转换层结构的设计问题分析[J].绿色环保建材.2016(02)：177-178.
[2]张林晨.高层建筑转换层结构设计的探讨[J].住宅与房地产.2016(21)：70.
论文作者:王立,朱乃龙,刘思萌
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第36期
论文发表时间:2017/3/31
标签：刚度论文; 结构论文; 高层建筑论文; 建筑论文; 构件论文; 剪力墙论文; 功能论文; 《北方建筑》2016年12月第36期论文;