高层建筑转换层结构设计探讨

涂冬冬

摘 要：近年来高层建筑在城市建设中不断兴起，由于高层建筑可以有效的满足空间的多样化，与目前人们的需求相一致，所以越来越受到人们的欢迎。但在空间的多样性变化过程中，则需要对高层建筑结构进行转换层的设计。文中从转换层的功能与设计原则入手，分析了高层建筑转换层结构形式，并进一步对高层建筑转换层结构设计进行了具体的阐述。

关键词：高层建筑；转换层；结构形式；结构设计

前言

随着城镇化建设进程的不断加快，人们对高层建筑的需求不断增加，高层建筑也开始向复杂的结构方向发展。很多高层建筑在功能上都处于多种用途的状态，通常下部为商业功能，而上部则为民用住宅。这样下部和上部在空间上就存在着较大的差異，所以需要在结构设计时利用到转换层进行设计，利用墙体或是柱网将建筑的上部和下部不同功能区区分开来，从而满足各自的使用要求，各自需求的满足，只有通过转换层才能更好的实现。

1 转换层的功能与设计原则

1.1 转换层的功能

1.1.1 建筑功能。利用转换层结构可以为高层建筑提供宽阔的室内空间和出入口。

1.1.2 结构功能。高层建筑利用转换层可以实现上下部结构的转换，上部的剪力墙结构更适合于民用住宅结构，而下部框架结构由于可以具有较大的内部空间，更适宜商用。通过转换层将两者有效的融合为一体，确保了高层建筑结构的多样化。

1.1.3 轴线及上下层柱网转换。利用转换层进行结构设计时，在其不改变上下结构形式的情况下，可以通过对轴线及上下层柱网的改变，实现下部柱距的扩大，以大柱网的形式满足下部大空间的需求。

1.1.4 错位布置。在转换进行上下结构转换时，可以对上部结构和下部结构的轴线和柱网轴线进行错位布置。

1.2 设计原则

高层建筑由于自身重量较大，所以对其稳定性和抗震性具有较高的要求，但在进行转换层设置时，极易导致竖向刚度突变的发生，从而导致高层建筑结构的抗震性能受到较大的影响，所以在进行转换层设计时需要遵循利用直接落地的竖向构件、宜低不宜高、宜小不宜大的诸多原则。即在进行转换层设置时，由于竖向构件会对刚度和结构的抗震性能带来突变，所以需要选择直接落地的竖向构件来进行设置；在进行转换层设置时，尽量选择高层建筑竖向位置较低的地方；同时为了确保所设置的转换层结构型式能够具有更明确的传力路径，所以需要对转换层结构进行优化，这样对于结构设计和施工都会有一定的益处；在转换时需要对刚度进行适度的控制，不宜过大，这样不仅有利于建筑物的安全性，而且也会带来较好的经济性。

2 高层建筑转换层结构形式

2.1 梁式转换

高层建筑进行结构转换时有多种转换形式可以选择，但在这些结构中，梁式转换具有良好的传递途径，便于工程计算和设计，成本也较低，所以在目前高层建筑中在进行垂直转换时通常都会选择梁式转换，其将上部墙经转换后传给下部柱，从而实现整体建筑的使用功能。

2.2 箱式转换

利用箱式转换时，其主要是将单向托梁或者双向托梁与上、下层较厚的楼板浇筑成为一个整体，从而实现转换，而且利用箱式转换时转换层具有较大的刚度。

2.3 板式转换

在高层建筑转换层设置时，在需要对上下柱网具有较多错开及无次序布置的情况下，而且无法实现用梁承托时，则会考虑利用一定厚度的转换板来进行转换层的设置，确保转换层具有一定的抗剪和抗冲击性能。利用板式进行转换时，可以使下层柱进行灵活的摆动，但由于其所需要的材料较多，施工成本较高，而且施工难度也较大。

2.4 桁架转换

桁架转换层在进行转换时可以有两种选择，一种是利用空腹桁架进行转换，另一种是实腹桁架转换。桁架转换具有比梁式转换层更明确的受力途径，而且有更大的活动空间，不仅自重较小，而且具有非常好的抗震性能。但由于其设计时节点较为复杂，受到的影响因素较多，所以在目前高层建筑中应用还不是很广泛。

2.5 斜柱转换

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。

2.6 巨型框架转换

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，有效解决支撑情况及维持足够的抗侧刚度。

3 高层建筑转换层结构设计

3.1 转换层结构布置

据相关研究已经显示，在底部的转换层中，如果其位置越高，它的上下高度的突变就会越大，转换层的上下内力的传递途径，其突变也会加剧，落地的剪力墙以及简体就容易出现裂缝现象，框架的支柱内力加大，使得转换层的上部其附近的一些墙体就会被破坏。所以说，转换层的位置如果是过于高，就会对抗震产生不利的影响。按照相关的研究结果显示，转换构件能够运用箱形结构、斜撑、厚板、转换大梁等形式，在地震区对于一些转换厚板的使用经验是比较少的，可以在一些非地震区采用，在一些大空间的地下室中，因为其周围有着约束的作用，而地震的反应也低于上部的框支结构，所以，在7度到8度的地震设计的一些地下室就能够采用这种厚板转换层。

3.2 转换层竖向布置

转换结构可以根据结构的传力以及建筑的功能需要，沿着高层的建筑方向灵活布置，也可以符合建筑功能要求的基础上，能够在楼层的局部来设置转换层，而且自身的空间可以作为一种技术设备层，也可以作为一种正常的使用层，但是前提是要保证转换层的刚度，这样来防止刚度的过分悬殊。

3.3 转换层抗震设计

为了进一步的保证设计的准确性与安全性，规定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。

3.4 转换层楼板设计

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，框支柱的刚度与落地的剪力墙的刚度也是不同的，后者承担着水平剪力，也就是说，在转换层处荷载的分配不是很均匀。转换层其楼板具有比较重的任务，转换楼板其自身的变形大、受力大，应该要保持足够的刚度来完成对于自己任务的支撑。

4 结束语

目前高层建筑施工中对转换层进行设置是必不可少的一道设计工序，这就需要根据不同建筑结构的自身特点来进行选择适合的转换层类型，同时还要对施工中的诸多环节进行严加控制，充分的发挥各构件的特性，确保转换层的质量，使建筑具有良好的稳定性和抗震性。

参考文献

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[2]李镇华.高层建筑转换层设计应用[J].福建建筑，2006（02）.

[3]唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版，2007.