摘要：随着我国经济的不断发展，高层建筑的数量不断增多，社会对于高层建筑的要求也更为严格。为了提升高层建筑的施工效率及质量，从而保证高层建筑施工体系处于正常运转状态，进而为施工单位节约更多成本，便有必要在综述高层建筑概念的基础上，分析高层建筑的类型及特点，以转换层结构形式为切入点，就提出具体的设计要点进行深入探究。
关键词：高层建筑；转换层；结构设计
进入二十一世纪以来，在社会经济稳健发展的大背景下，我国高层建筑的设计水平已取得一定的进步与发展。与此同时，为了顺应时代发展潮流，满足高层建筑的质量要求，高层建筑的工作重心逐步向转换层结构设计转变。其中，高层建筑指建筑高度超过27米的住宅及建筑高度超过24米的仓库、非单层厂房及民用建筑混凝土结构[1]。相较于低层建筑，高层建筑的社会经济效益显著，不仅能利用建筑横及纵向交通减少沟通距离，促使人口集中，提高工作效率，还大幅度降低建筑占地面积，确保建筑选址处于城市中心地段。鉴于此，本文针对高层建筑转换层结构设计的研究具有重要意义。
1.高层建筑的类型及特点
高层建筑指建筑高度超过27米的住宅及建筑高度超过24米的仓库、非单层厂房及民用建筑混凝土结构，建筑类型较为丰富，例如：住宅、商场、写字楼及宾馆等[2]。从建筑功能的角度来看，高层建筑可分为设备层、裙房、转换层、标准层、非标准层5方面内容。其中，设备层多为地下室或人防工程；裙房多为公共场所；转换层多为技术层；标准层多为库房、客房或写字间等；非标准层多为屋顶机房及楼顶餐厅等。
从工程特点的角度来看，高层建筑的特点包括施工作业面狭窄、施工工种繁多、预埋工作量大、吊顶或管井工序复杂、设备或材料吊运量大[3]。此外，高层建筑由安装施工、装饰施工、土建施工等项目构成，特别是安装施工，涵盖设备工程施工、空调通风工程施工、电气工程施工及管道工程施工等内容。
2.高层建筑转换层的结构形式
转换层指建筑结构类型进行转换的楼层，特别是高层建筑普遍低层商用高层功能需求多，为了协调二者间使用要求，往往需要加设转换层。按转换功能，转换层可分为上下层结构类型转换、上下层网柱网轴线变化、布置结构轴线及转换结构形式。其中，上下层结构类型转换主要适用于框架-剪力墙结构及剪力墙结构，促使上部剪力墙向下部框架转换，形成宽阔内部自由空间；上下层网柱网轴线变化指不改变转换层上下结构，利用转换层扩大下层柱距成为大柱网，主要适用于外框筒下层形成入口；布置结构轴线及转换结构形式指上部楼层剪力墙结构利用转换层转变为框架，并且错开上部楼层轴线及柱网轴线，促使上下结构不对齐。
按结构形式，高层建筑转换层可分为梁式转换层、桁架式转换层、箱式转换层、厚板厚梁式转换层[4]。其中，作为高层建筑转换层的重要结构形式，梁式转换层将墙体转换为梁柱，有效明确传力途径，相较于其他结构形式，梁式转换层的优势明显，适用范围广泛，操作简单便捷，转换成本低廉，满足高层建筑的使用需求。
桁架式转换层受力规律明显，操作简单便捷，抗震效果良好，起源于梁式结构形式，均为钢筋混凝土结构，桁架构件上下杆件主要布置于转换层上下楼面结构层内，存在着一定的操作难度，特别是节点设计环节，一旦节点受力过大，极易被剪切损坏。
箱式转换层由上下层楼板、双向托梁、单向托梁共同构成，整体性能良好，空间占有面积大，传力有效直接，但是不适用于住宅建筑转换层，极易与设备布线、管道布线相矛盾，转换成本高昂。厚板厚梁式转换层灵活布置下层柱网，无需对齐下层机构，但是结构质量大，材料消耗多，转换成本高昂，传力模糊，无法精确计算结构受力。
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3.高层建筑转换层的设计原则及要点
3.1设计原则
一旦确定转换层结构形式后，工作人员遵循设计原则，以转换次数、传力、侧向刚度比例、计算为切入点，做好转换层的设计工作，即尽可能减少转换次数，特别是主体竖向构件，上下连续贯通多个柱及剪力墙，控制转换构件数量，保证转换层刚度；预防多级转换，力求水平转换结构直接传力，避免支柱梁及次框结构方案的使用次数过多；以混凝土强度等级、剪力墙厚度、框支柱断面为突破口，提高转换层下部结构刚度，改变转换层上下结构承载力及侧向刚度比例；尽可能选择2种力学模型及三维空间分析软件计算内力[5]。
3.2设计要点
高层建筑转换层的设计要点内容复杂，涉及抗震、结构、构件3个方面内容。因此在抗震设计的过程中，工作人员主动转变传统工作理念，坚持可持续性发展的工作原则，以满足建筑结构抗震标准为前提，加大对于抗震设计的重视程度，尽可能减少竖向构件的更换次数，即竖向构件落地数量越少，转换构件数量越多，刚度影响越严重，并且保证转换结构高度，遵循宜低不宜高的施工规律，不断优化转换层的结构，选择传力路径明确的形式，确保工程质量。此外，转换层的刚度以符合建筑使用标准为前提，遵循宜小不宜大的施工规律。
结构设计又可细分为下部主体结构刚度、剪力墙、结构刚度等方面内容。因此在结构设计的过程中，工作人员坚持实事求是的工作原则，以转换层结构上中下层主体结构总剪切度符合工程要求为前提，通过增加下部主体竖向构件截面尺寸、提高混凝土强度等级、设立剪力墙等方法，满足高层建筑的抗震性需求，并且尽可能不设立上部剪力墙，降低上部结构的刚度，增加下部结构的刚度，保证剪力墙设立位置适宜，均匀对称，不过于集中。此外，保证转换层结构刚度符合工程标准，一旦刚度超过工程标准，极易影响竖向结构的稳定性，存在引发地震反应的可能性，进一步改变转换层的受力状态，增加材料用量，扩大成本投入；一旦刚度低于工程标准，上部竖向构件与其他竖向构件存在明显沉降差，增加配筋数量，造成水平构件产生次应力。
构件设计又可细分为框支柱设计、框支梁设计、转换层楼板设计等方面内容。因此在构件设计的过程中，工作人员坚持实事求是的工作原则，加大对于框支柱的重视程度，预防剪力墙裂缝及楼板变形的问题，将框支柱上部墙体纵向钢筋延伸至内部，增强转换层上下连接的安全性。同时，作为高层建筑上下层荷载传输的“纽带”，框支梁能保证框支剪力墙的抗震性，工作人员遵循“强剪弱弯”的施工规律，确定箍筋数量与纵向钢筋数量相匹配。此外，框支剪力墙以转换层为分界线，划分为上下两个部分，受力情况也不尽相同，楼层上部外荷载水平力与剪力墙刚度比例存在着密切联系；楼层下部落地剪力墙与框支柱的刚度存在着明显差异性，负担大部分水平剪力；转换层部分荷载分配不均衡，转换层楼板负担上下部分剪力，极易造成楼板变形。
4.结语
通过本文的探究，认识到随着我国经济的不断发展，城市规模不断扩大，高层建筑的数量不断增多，高层建筑的设计水平逐步成熟。为了提升高层建筑的施工效率及质量，加快高层建筑施工模式的变革，综述高层建筑的概念，分析高层建筑的类型及特点，以转换层结构形式为切入点，提出具体的设计要点具备显著价值作用。
参考文献：
[1]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.
[2]涂冬冬.高层建筑转换层结构设计探讨[J].科技创新与应用，2014，24：244.
[3]孙鸿伟.关于高层建筑转换层的结构设计分析[J].四川水泥，2014，09：110.
[4]杨永康.浅谈高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用[J].中华民居（下旬刊），2014，10：113-114.
[5]曾坤.某高层建筑混凝土转换层结构设计实例应用探讨[J].住宅与房地产，2015，19：162-163.
论文作者:张卫东
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/5
标签：高层建筑论文; 结构论文; 刚度论文; 构件论文; 剪力墙论文; 下层论文; 结构设计论文; 《基层建设》2017年3期论文;