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摘要:高层建筑能有效缓解土地资源的使用情况，在建筑结构设计上人们也更加注重建筑的质量和结构安全性。应用转换层结构能让高层建筑的结构设计更加合理，让其有更大的活动空间，而且还能让高层结构受力更加均衡，整体建筑结构的稳定性都得到了有效提升。在实际转换层的结构设计中，施工人员要把握好设计的原则，根据建筑的实际功能和特性进行设计，避免有浪费的情况出现，这样也才能使建筑自身的经济效益提高上来。
关键词:高层建筑;转换层;设计结构
1、转换层常见类型
转换层根据建筑功能的需要，可作为正常使用的楼层，但应有较大的层高作为保证；在层高受限制或设备专业需要时，也可以作为设备层，在结构型式上，转换层在设计常分为以下几种类型：（1）梁式转换层；（2）箱式转换层；
2、转换层在高层建筑中的布置原则
转换结构可以根据其建筑功能和结构传力的需要,沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置(或是楼层局部布置转换层),且自身的这个空间既可以作为正常使用楼层,也可以作为技术设备层,但应该保证转换层有足够的刚度,以防止沿竖向刚度过于悬殊。当建筑物较高柔(如框架-核心筒结构),整体刚度可能不足,在结构竖向的一定部位设置水平刚性楼层(加强层),人为地加强结构的整体弯曲效应,这时转换层可同建筑物的加强层、设备层等统一考虑。对大底层上部为多塔的建筑,塔楼的转换层宜设置在裙楼的屋面层,并加大屋面梁、板尺寸和厚度,以避免中间出现刚度特别小的楼层,减小震害。对部分框支剪力墙高层建筑结构,其转换层的位置, 7度区不宜超过第5层; 8度区不宜超过第三层。转换层位置超过上述规定时,应作专门研究并采取有效措施。沿高层建筑方向转换结构可以是分段布置,形成大框架套小框架的巨型框架结构;也可以是间隔布置,形成错列墙梁或是桁架式框架结构;也可设置于建筑物顶部,悬挂下部结构的荷载。
3、带转换层的高层建筑结构设计原则
高层建筑中转换层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，地震作用时在转换层上下容易形成薄弱环节，对结构抗震不利，故转换层结构在设计时应遵循以下原则：
（1）为防止沿竖向刚度变化过于悬殊形成薄弱层，设计中应考虑使上、下层刚度比γ≤2，尽量接近1。这样才能保证结构竖向刚度的变化不至于太大，使上柱有良好的抗侧力性能，减少竖向刚度变化，有利于结构整体受力。
（2）尽可能减少需结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，转换结构越少，转换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震更有利。
（3）设计中应保证转换层有足够的刚度，一般应使梁高度不小于跨度的1/6，才能保证内力在转换层及其下部构件中分配合理，转换梁、剪力墙柱有良好的受力性能，能较好的起到结构转换作用。
（4）必须控制框支剪力墙与落地剪力墙的比例，当剪力墙较多且考虑抗震时，横向落地剪力墙数目与横向墙总数之比不宜少于50%，非抗震时不宜少于30%。
（5）转换层以上的剪力墙和柱子应尽量对称布置，梁上立柱应尽量设在转换梁跨中，以免转换梁变形时，在梁上立柱的柱脚处产生较大转角，带动立柱柱脚产生较大变形，引起柱的弯曲及剪切，使立柱产生很大的内力而超筋。
（6）转换层结构在高层建筑竖向的位置宜低不宜高。转换层位置较高时，易使框支剪力墙结构在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变，并易形成薄弱层，对抗震设计不利，其抗震设计概念与底层框支剪力墙结构有较大差异。当必须采用高位转换时，应控制转换层下部框支结构的等效刚度，即考虑弯曲、切和轴向变形的综合刚度，这对于减少转换层附近的层间位移角及内力突变是十分必要的，效果也很显著。另外，对落地剪力墙间距的限制应比底层框支剪力墙结构更严一些。对平面为长矩形的建筑，落地剪力墙的数目应多于全部横向剪力墙数目的一半。
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（7）为保证下部大空间整体结构有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，应尽量强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构刚度，使转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近。
常常采用加大转换层下部主体结构竖向构件（主要是核心筒体）截面尺寸、提高其混凝土强度等级、增设剪力墙等方法来强化下部主体结构的刚度。这里有两个问题值得注意，一是筒体截面尺寸增大导致结构地震总反应增大以及筒体在整个下部结构抗侧总刚度中所占的比重变得更大，筒体所承受的地震荷载呈现级数增大的趋势，此时作为抗震第一道防线的筒体的安全设计更应得到充分重视；二是在增设剪力墙来提高抗侧刚度时，要注意整体刚度的均匀分布，保证刚度中心与质量中心尽可能重合，避免由于两者偏心引起的建筑物整体扭转。
（8）带转换层结构计算要求全面、准确。将转换结构作为整体结构的一个重要组成部分，采用符合实际受力变形状态的计算模型进行三维空间整体结构计算分析，可采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算。此时，转换结构以上至少要取两层结构进入局部计算模型，并注意模型边界条件符合实际工作状态。
4、转换梁截面的设计方法
在设计转换层截面的时候，首先要考虑的是梁的受力性能，还有转换层的受力形式，然后再选择合适的计算方法。这种截面主要有托柱形式的转换梁截面以及托墙形式的转换梁截面这两种。其中，在设计托柱形式的转换梁截面时，要对截面尺寸范围进行充分考虑，该梁受力形式和普通梁受力形式差不多，所以在设计截面的时候应该将配筋情况考虑在其中，然后再选择计算方法。要是转换梁的承托形式是斜杆框架，那么轴向拉力将会对它有所影响，这时候，设计人员就要将偏心受拉构件的原理考虑建立，从而更优化地设计截面。在设计托墙形式的转换梁截面时，要将转换梁和上部墙体一起工作的结构考虑在内，而且在这里面还会有深梁现象存在，所以在该项截面设计的时候更应该用深梁截面方法进行设计，在有些情况下，也可以用应力截面的设计方法，根据特定的计算公式将纵向钢筋的数量算出来，在布置钢筋的时候，还要保证是沿着梁高进行配置的。
5、转换层的抗震设计
带转换层的高层建筑结构中，由于设置了转换层，沿建筑物高度方向刚度的均匀性受到很大的破坏，转换层结构竖向承载力构件不连续和墙、柱截面的突变，导致传力路线曲折等，因此转换结构的抗震性能较差。为保证设计的安全性，规定“部分框支剪力墙结构转换层的位置设置在 3 层及 3 层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按《高规》的规定提高一级采用，已经为特一级时不再提高”，提高相关构件的抗震构造措施，而对于底部带转换层的框架，核心筒结构和外围为密柱框架的筒中筒结构的抗震等级不必提高。对转换层的转换构件水平地震作用的计算内力需调整增大。在 8 度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。
结语
综上所述，在高层建筑工程中，梁式转换层大结构的设计工作具有较强的专业性。设计人员在具体的设计过程中需要具有清晰的头脑，对于相关设计理念进行全面的了解和明确，分析和计算不同转换层结构，使平面和空间的有限元程序确定下来，有利于建筑工程工作任务的减少和施工人员施工质量的提高。设计人员在进行梁式转换层结构设计方案优化的过程中，需要充分考虑梁的承载能力，事先对梁的受力性能进行全面的了解。如果普通梁结构和转换梁结构之间的差异比较大的话，设计人员需要采取有效的措施保证转换梁结构的稳定性和安全性，从而使高层建筑整体结构的可靠性得到保证。
参考文献
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[5]高格凌.高层建筑结构转换层施工技术分析[J].中国新技术新产品，2013(14)
论文作者:齐荠
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/3/28
标签：结构论文; 刚度论文; 截面论文; 高层建筑论文; 剪力墙论文; 构件论文; 受力论文; 《基层建设》2017年第36期论文;