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摘要：高层建筑很大层面上解决了土地资源利用的紧张，故其功能需求也发生了很大的变化。日常生活中我们见到的建筑物结构形式是用墙体、柱网等把民用住宅与公共场所分开，满足各自自身的使用要求。而在高层建筑中利用了转换层，通过转换层实现了这种结构变化形式的过渡，完成了整个建筑具有商用、民用的多需求功能。本文针对高层建筑转换层结构形式及特点研究了高层建筑转换层结构设计要点。
关键词：高层建筑；转换层；结构设计
引言：
在高层建筑结构中，转换层是楼层的上下结构之间的重要转换结构，且根据高层建筑功能的需要，不同高层建筑的的转换层的结构设计也不尽相同。高层建筑的转换层结构是保证整个建筑工程质量的重要部分，其影响了工程的建筑质量。因此作为高层建筑结构设计人员，在高层建筑结构设计中必须注重转换层结构的设计，提升自身的设计水平，为整个工程质量奠定坚实的基础。
一、高层建筑转换层概述
由于高层建筑层数高，所以其下部受力较大，上部结构受力相对较小，为了保证整个高层建筑的安全性，就必须确保其下部结构的稳定与牢靠。在高层建筑的下部结构中布置就要刚度大、墙体多、柱网密，而越往上的上部建造，所需的墙、柱数量都相应减少，从而导致整体的建筑物出现上部的活动空间远远比下部的活动空间要大，不符合建筑功能对空间的需求。为了实现建筑功能需求，必须打破原有的常规设计，在创新的过程中，就会使用到转换层结构，其功能主要是在结构转换的楼层设计水平转换构件，使得整个建筑符合大空间的使用功能。
二、高层建筑转换层结构形式及特点
1.梁式转换层。目前，在高层建筑中常用的转换层结构形式是梁式转换，梁式转换层是由上部墙经转换梁传力给下部柱，传力途径比较直接、明确。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，因此广为高层建筑建设所应用，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。
2.箱式转换层。这种转换方式是通过单向托梁和双向托梁与上、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。
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摆动，然而因自重较大，所费材料较多，施工难度大。
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。然而其节点设计复杂，由于受到各种因素的限制，无法广泛运用于各类高层建筑中。
5.斜柱转换层。这种转换层能够发挥混凝土可压缩性能的优势，为整个建筑扩大利用空间，其为比较特殊的一种结构形式。使用此类转换层，会增大水平荷载，因此为了克服这个缺点，以建筑物的平面布置为前提，在转换层施工中添加圈梁或拉梁，以最短的路径，达到相互平衡。施工时，应考虑斜柱转换层的荷载分担，只有将转换斜柱尽量连接在更多的楼层，而减少分布在上下楼层的荷载，才能保证此类转换层的安全及设计的方便。
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6.巨型框架转换层。此类转换层具有比较好的前景，也是目前我国建筑业的发展方向。巨型框架转换具有较好的抗震性能，主要是由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成，从结构上看，也是由多个梁式转换层组成。在施工前，通过模拟施工过程的设计方法，掌握在施工中遇见的问题，有效解决临时支撑情况及维持足够的抗侧刚度。
三、高层建筑转换层结构设计要点
1.转换层结构刚度设计。在进行转换层结构设计时，转换层结构刚度要合理取值。若转换层刚度过大，则引起地震反应和结构竖向刚度的增大，使转换层上下层结构处于不平衡的受力状态。另外，转换层材料的用量增加，增加了高层建筑转换层的建造成本。若转换层刚度过小，则高层建筑上部框支部分的竖向构件与其它竖向构件之间可能会出现较大的沉降差，导致上部结构中与该部分竖向构件相连的水平构件中产生明显的次应力，增加了转换层的配筋。在主次转换梁结构中的转换次梁中，转换次梁要选用合适的截面尺寸，并且刚度的取值要符合高层建筑的要求，减小因转换主梁挠度引起转换次梁的支座沉降而导致上部结构构件产生的次应力。
2.转换层竖向设计。转换层结构可以根据结构的传力以及建筑的功能其需要，沿着高层的建筑方向灵活布置。另外在符合建筑功能要求的基础上，可以在楼层的局部设置转换层，使得转换层自身的空间不仅可以用作技术设备层，还可以当做正常的使用层。例如，在一些商业高层建筑中，其是大底盘的多塔楼，则塔楼的转换层应该设置在在裙房中的屋面层，并且要加大屋面梁的尺寸以及厚度，以防止其中间会出现一种刚度太小的楼层。另外在一些框支剪力墙的高层建筑中，转换层设置在7度区要低于第五层，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。
3.转换层抗震设计。在高层建筑中，因为设置了转换层，则会影响高层建筑高度方向的刚度均匀性，从而影响了整个高层建筑的抗震能力，为此对转换层结构的抗震设计也是非常重要的。在转换层结构的抗震设计中，为了进一步的保证设计的准确性与安全性，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.转换层的楼板设计。转换层将框支剪力墙分成上下两部分，对于这两者来说，其受力情况是有一定差距的，在上部的楼层中，因为外荷载而产生的水平力，有自己的分配原则，它是根据剪力墙的刚度来进行的。在下部楼层中，框支柱的刚度承担着水平剪力，与落地的剪力墙的刚度是不同的，其在转换层处荷载的分配不是很均匀。高层建筑转换层的楼板设置非常重要，其上下部分的一些剪力重分配就是需要楼板的支撑，所以楼板需要就是足够的刚度来支撑自身变形大、受力大。
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，因为它不仅会影响着转换梁的内力大小，还可能会改变转换梁的受力状态。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，距实际工程计算结果统计，前者的跨中弯矩和支座剪力分别较后者约小10%和50%，而支座弯矩则有所增大，轴向拉应力明显增大。此高层建筑转换层的规范规定转换梁需按照轴心受拉构件计算，可以将转换梁看作深梁的受拉翼缘时能得到更理想的效果。
四、结语
在高层建筑的建设中，转换层的设计建设已经是高层建筑发展的一个潮流趋势，但是每一座建筑的结构都有自己的特色，故在设计时要选取适合的转换层结构。在转换层结构的设计中设计人员要了解梁式转换层、箱式转换层、板式转换层、桁架转换层、斜柱转换层、巨型框架转换层各种转换层的结构形式及特点，选择合适的转换层方式，熟练掌握好转换层结构刚度、竖向、抗震、楼板及转换梁各类计点及构造要求，设计时发挥其优势，确保高层建筑转换层结构是设计质量，以促进高层建筑业更好的发展。
参考文献：
[1]曾凡柏.探讨高层建筑转换层结构设计中存在的问题[J].中华民居，2011，（11）.
[2]刘占飞.浅谈高层建筑转换层结构设计[J].城市建设理论研究，2012，（24）.
[3]杨涣玲.高层建筑中转换层结构的设计措施[J].中华民居（下旬刊），2013.
论文作者:王朝杰
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/14
标签：高层建筑论文; 结构论文; 刚度论文; 构件论文; 结构设计论文; 楼板论文; 楼层论文; 《基层建设》2016年15期论文;