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摘要：改革开放以来，建筑行业飞速发展，人们对建筑空间的需求大幅度提升，促使转换层结构广泛应用，在这一背景下，优化转换层设计在建筑结构设计中的应用具有十分重要的价值，可以有效提高建筑利用率。
关键词：建筑结构设计；转换层设计；功能与类型；设计要点与难点；具体应用
随着城市化进程不断加快，建筑用地越来越紧张，如何提高建筑利用率已经成为建筑企业与相关部门应重点思考的问题。为了实现建筑的多种功能与用途，房屋结构形式愈加复杂，剪力墙结构、框架结构、连体等结构逐渐出现在建筑设计中，转换层结构能实现同一建筑上下两层不同功能的自由转换，满足了不同的建筑需求，同时提高了牢固性与可靠性，抗震性能大大提高。与发达国家相比，我国在这方面的研究起步较晚，还存在较多问题急需解决，应积极探索实践，制定科学合理的转换层设计方案，不断提升设计水平，为建筑行业的可持续发展注入源源不断的动力。
1.建筑结构设计中转换层简介
1.1转换层的主要功能
现如今，人们对建筑物的外观结构与具体功能有着更高要求，建筑结构多元化已经成为现代社会发展的必然趋势。建筑企业需不断优化设计效果，提高设计的新颖性、科学性与可行性才能在激烈的市场竞争中占据有利地位。为了满足建筑功能的全面性要求，需要进行功能分区设计，将高层、超高层建筑分为两个甚至是多个区域。举例来说，很多大型办公楼的一层及地下都是超市、餐厅，能满足人们的不同生活需求。不同功能区域的结构肯定差异较大，转换层的应用能实现结构的自然过渡，最大程度的利用建筑空间，而且不会影响建筑结构整体的稳定性与安全性。在具体施工中，如果建筑结构的层高足够，转换层可作为正常楼层使用，如果层高受限，转换层可作为设备层，为人们的日常生活提供便利。
1.2转换层的主要类型
不同类型的转换层能满足不同建筑的功能需求，设计人员需要了解转换层的主要类型（见图一），了解其特点与适用范围，从而优化设计质量，促进建筑企业的快速稳定发展。（1）箱式转换层。该类型的转换层结构适用于楼板高度较低、转化梁截面积较大的建筑结构，能够分布在整个平面，还能与周围建筑形成一个统一整体。在实际应用中，箱式转换层大多作为设备层使用，具有刚度大、受力均匀的优势。（2）梁式转换层。该转换层应用了框支剪力墙结构，高度大约为0.8到4.0米，具有良好的支撑作用，同时施工简单、传力精准、造价较低。但梁式转换层也存在缺陷，如果上下轴线布置情况复杂，会影响空间受力，进而降低整体结构的稳定性与可靠性。（3）桁架式转换层。高层建筑功能较多且包含设备层时，可选用该结构，具体施工时让桁架贯穿柱墙，并将管道分布在桁架空间中。（4）厚板式转换层。该转换层施工过程较复杂，如果中柱网轴线没有分布在同一条直线上，需要用梁作为支撑，否则会增大安全风险。
图一：转换层类型
1.3转换层设计原则分析
为了确保设计质量，工作人员需严格遵循以下几项原则。第一、尽量减少竖向构件数量，最好选用直接接地的构件实现结构转换，以免影响建筑物的刚度，降低抗震能力。第二、合理确定转换层位置，一般来说，转换层越靠近底层越安全，整体结构受力更均匀。转换层受剪力墙结构的影响较大，容易成为建筑安全的薄弱环节，需提高重视，以免影响施工的经济效益与社会效益。第三、转换层的传力路径应符合力学原理，确保受力平衡，全面提升建筑结构的刚度与强度。第四、科学设置剪力墙和框支剪力墙结构比例，消除施工中的不利影响。第五、保证上部结构与剪力墙结构对称分布，避免因转换梁变形而降低建筑物的稳定性。
2.建筑转换层结构设计中的要点与难点
2.1剪力墙设计
剪力墙是建筑结构设计中不可或缺的重要内容，对建筑的安全性与牢固性影响较大，如果存在设计不合理的地方将会降低上下部结构的刚度，导致受力传递不均，在建筑物的使用过程中埋下了安全隐患。在剪力墙设计过程中，需尽可能降低上部结构的刚度，如果条件允许，将剪力墙结构设置在下层，以此消除由墙体自重造成的不良影响，并提高下部结构的稳定性。除此之外，工作人员还需采取有效措施增强下部结构的刚度。现阶段，落地剪力墙应用较多，能显著提高建筑物下部结构的承重能力。值得注意的是，设计落地剪力墙必须保证受力均匀，不可出现应力集中情况，以免造成不可挽回的经济损失与人员伤亡。
2.2竖向设计
转换层设计具有非常重要的作用与价值，设计人员需具备丰富的专业知识与工作经验，及时更新设计理念，结合建筑施工过程的实际情况适当调整设计方案。进行转换层竖向设计时，需提高对刚度的重视，保证其能达到相关标准，实现结构均匀受力，提高建筑结构的稳固性。首先，应加强不同结构之间的贯通设计，例如落地剪力墙与上部竖向结构的贯通性，采取直接传力的方式分散水平转换层的应力分布，确保不会出现结构变形问题。其次，合理选择平板尺寸与厚度，虽然相关技术标准规定了平板厚度，但由于不同建筑物之间存在一定差异，还需经过精密计算后再确定。最后，减小转换层上部结构的侧向刚度，使其与下层结构刚度相适应，从而确保整体结构的稳定性与牢固性，安全系数大大提高。
2.3轴压比控制和落地剪力墙间距
由于落地剪力墙的应用较为广泛，确保该结构施工的安全与质量是转换层设计的重点与难点。落地剪力墙间距和轴压比与建筑结构的抗震性能息息相关，设计人员需准确控制这两项参数，以免对人们的生命财产安全造成威胁。实验数据证明，框支柱主要承受来自水平和垂直两个方向的压力，剪力与弯矩较小，可以忽略不计。总结来说，转换层框支柱结构所受到的外力主要是轴压力，加强对轴压力的控制可显著降低结构变形问题的发生概率。一般情况下，轴压比需控制在0.6以内。针对落地剪力墙间距，设计人员可选择一定厚度的楼板进行施工，楼板厚度不得小于0.2米。另外，还需严格控制楼板上的开洞数量，同时在合适位置上铺设斜筋，增强转换层结构抵抗地震波的能力。
3.转换层设计在建筑结构设计中的具体应用
3.1梁式转换层设计
梁式转换层有较多优势，例如施工难度小、工期短、成本低等，具有广阔的应用前景。进行该项设计时，工作人员需明确该类型转换层的特点，不断完善设计方案，确保其施工过程不存在任何质量问题。梁板是承受压力的主要结构，布置梁板结构时需了解力学原理，确保传力的准确性，进而提高转换层结构的抗压能力。梁式转换层的设计质量与建筑结构设计水平密切相关，如果该结构存在问题，根据短板效益便会影响建筑物的使用质量与寿命，因此应尽量提高梁板布置的合理性与科学性，进而优化整体结构的承载能力。
3.2桁架式转换层设计
与梁式转换层不同，桁架式转换层的功能是连接不同建筑模块，还具有良好的承重能力。具体施工中，此类型的转换层可与混凝土结构共同施工，优化了施工流程，一定程度上提高了转换层建设质量与效率。虽然桁架式转换层能有效分割建筑区域，但对施工条件的要求较高，设计人员需事先进行整体规划，对建筑结构进行主题式分析，根据受力分析结果确定桁架式转换层的施工位置。
3.3厚板式转换层设计
厚板式转换层结构的优势在于灵活性较高，不需要保证此结构与上下层结构正对齐，降低了施工难度，在一些外形不规则的建筑中有良好应用。设计工作中，工作人员需根据相关公式科学计算配筋量，同时还需根据计算结果确定受力角度。计算过程中，可以适当降低转换层的受力，从而得出最经济安全的设计方案。
3.4混凝土用料设计
转换层施工的主要原料是大体积混凝土，对混凝土用料质量进行把控具有重要意义。首先，从正规渠道购进材料，确保运输、储存过程中温度、湿度等环境条件能满足相关标准。使用之前进行质量检查，做到及时发现问题及时解决。其次，根据实验结果确定混凝土配比，以免影响整体结构的牢固性与安全性。最后，综合考虑各方因素后确定全面系统的浇筑方案，注意细节问题，避免存在遗漏。
3.5梁跨中部设计
梁跨中部设计效果对建筑结构设计水平有着不容忽视的影响，设计人员应予以重视。转换层与传统的薄壁构件差异较大，受力情况更加复杂，需要承担的压力荷载也随之提高，应在整体计算完成后再逐步调整该结构中不同构件的应力分布，以免增大设计误差，影响建筑结构的功能与外观。梁跨中部的钢筋需全部设计成伸进锚固结构的形式，摒弃传统的弯筋形式，同时保证腰筋直径和配筋间距控制在合理范围，优化整体建筑的强度、刚度与抗震能力。
4.总结
综上所述，转换层设计在建筑结构设计中占有举足轻重的地位，直接影响着建筑整体的安全性与综合功能，需加强重视，了解转换层的功能与类型，明确设计要点与难点，有针对性地解决设计工作出现的问题，进而不断提高转换层设计质量与效率。
参考文献
[1] 闰淼，周兰翎，查小鹏. 浅析带梁式转换层的高层建筑结构设计[J]. 河南建材. 2016（04）
[2]叶永红. 高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用探索[J]. 四川水泥. 2016（07）
论文作者:容海勇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/8
标签：结构论文; 建筑论文; 刚度论文; 剪力墙论文; 结构设计论文; 桁架论文; 建筑结构论文; 《建筑学研究前沿》2018年第8期论文;