深圳市建筑设计研究总院有限公司
摘要：在建筑转换层结构设计过程中，要充分了解其原则及知识，确保结构设计的科学性，从而保障建筑结构设计的质量。本文就高层建筑转换层结构设计进行探析。
关键词：高层建筑；转换层结构；设计；注意要点
在建筑设计领域中，转换结构的应用越来越广泛，特别是在有不同功能划分的建筑中。而转换层受力复杂，又承担上部结构的荷载，因此，转换层的结构方案布置对结构整体的安全性尤为重要。
一、建筑转换层结构设计原则以及相关技术标准
进行建筑转换层结构设计时，应当注重结构计算的合理性，从全局角度出发，提高最终结果的准确性。实践期间，通常是根据受力变形情况建立求解模型，全面研究三维空间架构特征，完成计算工作。转换结构属于综合结构不可或缺的环节之一，考虑到结果的精确度，我们可以选择有限元法分级求解。具体实施阶段，不但要重视模型中的结构层数量（两层及以上），而且需要确保其边界条件和真实情况完全匹配。计算综合结构的过程中，需要通过两种或以上的力学模型确认抗震性能，而针对弹性时程的求解，应当选择弹塑性时程进行处理。高位转换期间，必须根据重力荷载环境完成结构的计算。
转换层属于高层建筑结构的重要组成，所以有关其内力分析，必须从全局出发对结构进行研究与探讨。而在综合内力以及位移求解方面，可以选择两种不同的算法进行处理，即三维空间与空间关系协作分析法，以上算法的优势如下：综合计算过程中，将转换构件理解成其中的一个环节进行计算。然而，由于转换层结构竖向刚度并非均衡状态，竖向部署容易发生明显改变，因此在结构部署上，必须遵循概念设计与力学概念进行处理，同时依靠过去的经验与实践成功案例，全面分析后为结构部署冗余杆件与加强点。一般来讲，高层建筑含有转换层的情况中，我们可以借助三维分析、平面有限元等程序完成计算工作。此处需要强调一点，转换大梁在其中尤为关键，必须成为设计的重点关注对象。对于工程设计而言，我们需要借助建研院提供的TBSA，TAT等软件进行大梁的分析设计，而计算上则可以将其理解成杆件，完成结构整体分析，根据上层结构作用至转换层的荷载，基于有限元法进行转换层与邻近平面的研究，最终确定配筋状况。
二、高层建筑转换层结构设计实例分析
本工程裙楼为商业用房，塔楼为住宅。由于根据其用途特性实现空间搭配，主要表现在主体中间环节，也就是电梯间、楼道等公用环节，可采用落地剪力墙核心筒进行处理，而其他环节应当选择合适的结构模式。遵照以上设计理念，二层顶应当选择结构转换模式，最终得到我们需要的结构类型。转换层上下楼层的结构布置如图1、图2。
结构转换层方面，工程设计期间应当基于需求选择相匹配的类型，而本工程中，若是选择厚板转换层，因本项目处于7度设防区，转换层又位于地上三层，根据《高规》10.2.4条之规定，7度设防时，厚板转换仅在转换层位于地下室时方可采用。且转换厚板造价高，施工困难，受力状态较为复杂，传力途径不明确，使得建筑物在转换层处出现刚度的突变，使得转换层产生的内应力较大，不适用于多震地区。但是选择箱形转换时，便可以消除以上不足，这种转换方式可以保证结构的完整性，上、下竖向构件与上层结构部署没有直接关联。但是其内力分析过程烦琐，转换层施工有一定难度，施工较为困难且造价过高。因此选择梁式转换层结构设计方案更为合理。
2.2 转换层结构布置
在本项目中竖向转换构件的布置有以下特点：（1）在建筑四周转换柱两侧布置短肢剪力墙，中部设置与上部结构剪力墙贯通的核心筒作为主抗侧力构件。建筑四周转换柱两侧布置剪力墙的目的有两个：一是提高剪力墙承担的地震剪力的比例；二是提高结构整体抗扭转的能力。并且有利于减小框支柱的轴力，控制框支柱轴压比≤0.6。（2）落地墙厚度设为600，控制转换层上部与下部结构的等效刚度比不大于1.3，并尽量接近1.0。转换梁的布置应该传力直接明确，尽量避免采用二次转换，但在此工程中，上部空间划分为住宅空间，因此为满足设计要求，就需要设置置转换主梁和次梁，并且为满足建筑功能要求，加设了部分短肢剪力墙。转换梁的布置需特别注意以下两点：
在上部墙肢或者转换次梁靠近转换柱较近时，转换梁端部会产生较大剪力；上部剪力墙不能居转换梁中线布置时，转换梁也会产生很大扭矩；问题（1）可通过梁加腋（包括水平或竖向加腋），或局部加大梁截面的方式处理；问题（2）可通过增加次梁、增加转换梁宽度、水平加腋等方式解决。
2.3 计算分析结构
在对建筑结构计算分析时，其计算选择的合理性直接影响到计算结果准确性及可靠性。本工程运用SATWE对建筑结构整体进行计算，所得转换梁受设计剪力后，按照该值≤0.15fcbh/0.85校核截面尺寸。不仅对转换梁有强度要求，还有刚度要求。本工程转换层的层高度是5.8m，转换梁的最大净跨度是7.5m，大梁截面尺寸是800mm×1800mm，1000mm×2000mm，1200mm×2200mm。梁宽度不小于上部墙体厚度（200mm），梁高度大于梁跨度的1/6，均满足要求。根据轴压比确定框支柱主要截面尺寸：1000mm×1000mm，1200mm×1200mm。
三、转换层的高层建筑结构设计注意要点
3．1 保证高层建筑结构转换层竖向构件刚度的整体性
在高层建筑结构竖向构件中，竖向构件刚度的差异比较明显，严重影响着结构转换层的整体稳定性。在设计过程中，必须保证高层建筑结构转换层竖向构件刚度的整体性，严格将上下转换层的刚度控制在允许的范围内，并合理的加厚落地墙的厚度，对于安全系数较大的补偿剪力，应当通过相关结构设置进行承载，从而确保高层建筑局部结构的刚度，进而提升高层建筑结构整体的刚度。另外，高层建筑结构转换层也受到落地构件的影响，在设计过程中，设计人员要合理的增加落地构件的截面尺寸，保证落地构件的均匀性。同时，合理的选择混凝土材料，应当选取刚度较强的混凝土材料，从而有效的提升转换层下方的抗侧力性能以及相关构件的抗弯设计性能。
3．2 充分认识到不同楼层的受力情况对结构转换层的影响
在高层建筑结构设计过程中，要充分认识到不同楼层的受力情况是不同的，在结构转换层的布设过程中，也应当对不同楼层关键部位的应力大小进行分析，并运用先进的技术和计算方法，计算出不同楼层关键部位的具体应力大小，然后根据应力的分布情况，在结构转换层中合理的添加一定数量的配筋，从而有效的保证结构转换层的综合性能，保证高层建筑结构的稳定性。另外，高层建筑结构设计人员也一定要掌握梁跨部位支座正负弯矩速度的运动规律，从而保障腰筋尺寸选择的科学性，可以运用全埋式锚固结构对梁跨部位下部的钢筋进行设计，从而有效的提高结构转换层的整体安全性。
3．3 剪力墙的科学设置是保障结构转换层合理性的重要前提
根据实际的案例分析得出，剪力墙随着高度的变化而变化，同时，剪力墙内力也随着高度的变化而变化。因此，必须加强剪力墙框架支柱的设计。为了突出结构转换层的综合作用，一定要认识到剪力墙科学设置的重要性。结构转换层对剪力墙的要求为：必须保证剪力墙框架支柱的均匀性，以及框架支柱之间距离的合理性，通常情况下将支柱之间的距离应保持在 11m 范围内。同时，针对不同的高层建筑结构空间布局，剪力墙的设置也应当做出相应的改变，例如抗压能力和应力大小要求等。在转换大梁的设计过程中，设计人员要充分了解梁体的整体受力情况，运用三维空间计算程序等先进的技术手段，对转换梁两端的结构进行科学的处理，从而保证结构转换层的整体性能，保证高层建筑结构整体的性能。
四、结束语
总而言之，建筑工程设计行业是推动我国现代化建设至关重要的产业类型，在建筑工程中，结构设计方案的分析与优化对建筑结构整体的结构性能与建设成本的控制有着重要的意义。转换层是上下不同结构体系的衔接部位，刚度突变、应力集中，因此在结构设计时首先对转换层结构方案进行深入分析与研究对结构安全有着重要作用。
参考文献：
[1] 熊进刚，吴晓莉，陈礼建，等.有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究 [J].工业建筑，2011，31（6）：34-36.
[2] 李艳娜，李兰英，吴庆荪.高层建筑中梁式转换层的设计 [J].中州建筑，2008（1）：44-47.
[3] 涂冬冬.建筑结构设计基本方法及注意事项[J].中国新技术新产品，2012（7）：181-182.
论文作者:张洪硕
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/27
标签：结构论文; 刚度论文; 建筑结构论文; 构件论文; 结构设计论文; 剪力墙论文; 高层建筑论文; 《基层建设》2017年6期论文;