高层建筑结构转换层的结构设计

陈传渝

摘 要：进入改革开放以来，人们的经济水平日新月异，相对的对建筑的要求也越来越高，所以国家加大了对基础建筑的投入。城市化的进程不断加快，城市的规模不断加大。人们经济水平的提高，刺激着房地产行业的火爆，越来越高的楼房建起来了。随着城市规模的不断扩大，外来务工人员不断涌进，由于城市的空间局限，为了更好地利用空间，所以高楼就成为了一种潮流和趋势。随之而来的就是带转换层的高层建筑。

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一、引言

随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，连带着建筑行业也异常火爆。目前出现在城市中的高层建筑大部分是上部分民用住宅楼层，下部分是商业用途楼层。因为民用住宅楼层其房间小且形式多样化，利用比较自由，而商业用房面积比较大，所以上下墙体不一致，就产生了带转换层的高层建筑。下面就浅谈一下高层建筑结构转换层的结构设计。

二、高层建筑结构转换层的定义及作用

1、高层建筑结构转换层的定义

结构转换层，顾名思义就是对结构可以起到转换作用的楼层。因建筑物功能的需要，上部分民用住房需要小开间的轴线布置，需要较多的墙体，而下部分的商业用房则需要较大的空间，柱网要尽可能大，墙体也要尽可能少。因而，上部部分的竖向杆不可以直接连续贯通落地。而通过水平转换结构与下部部分的竖向杆连接，这样构成的高层建筑称为带转换层的高层建筑结构。

2、高层建筑转换层的作用

转换层首先起到的作用就是对上下的楼层结构进行转换处理。作用主要有：提供大的室内空间；为建筑物提供大的入口；在高层建筑中部提供大空间。

三、高层建筑结构转换层分类

高层建筑的结构转换层按照结构功能分类，可分为3种：上层和下层结构类型转换；上，下层的柱网和轴线的改变；同时转换结构形式和结构轴线布置。

1、上层和下层结构类型转换：此转换可以将上部剪力墙转换为下部的框架，用以创造出一个较大的内部自由空间，较多的应用于剪力墙结构和框架-剪力墙结构。

2、上，下层的柱网和轴线的改变：转换层的上，下层结构形式没有改变，能通过转换层可以使下部结构的柱子之间的距离扩大，形成大柱网。较多的应用于外框的下层用以形成较大的出入口。

3、同时转换结构形式和结构轴线布置：该方式是上部的剪力墙结构通过转换层改变框支剪力墙的同时，下部柱网与上部的剪力墙的轴线错开，就形成了上，下柱网不对齐的布置。

四、高层建筑结构转换层的结构型式

高层建筑结构转换层可分为4个类型：梁式转换层；箱式转换层；厚板式转换层；桁架式转换层。

1、梁式转换层：它是将上部分的剪力墙落在框支梁上，再由框支柱支撑框支梁的结构体系。而且梁式转换层用的是底部大空间的框支剪力墙结构体系。梁式转换层的设计和施工都较为简单，当需要纵横向同时转换时，就采取双向梁布置，较为方便，是目前运用最多的一种型式。但是也有较为明显的不足，当上下轴线错位布置的时候，还需要设较多的转换次梁，空间受力较为复杂，不易计算，所以要对主梁进行应力分析。

2、箱式转换层：箱型梁转换结构，一般是遍布全层设置，而且是沿着建筑周边环通形成‘箱子一样。它一般应用的实际情况是当转换梁的截面积过大时，设一层的楼板显然已经无法满足平面内楼板的刚度无限大假定。但为了使这个刚度无限大假定成立，方法是在转换梁的梁顶与梁底同时设一层楼板，形成一个箱型梁。箱型梁有显而易见的优点，转换梁的刚度大，约束性强，整体工作效果好，上下部分的传力也比较均匀，安全性好，而且还可以将转换梁作为‘设备层。但是也有缺点之处，设一层楼板造价就高，经济性不高，而且施工复杂，不易检修。

3、厚板式转换层：它的应用情况是上下柱网的错位较多，难以用梁直接承托，这就需要做成厚板，即板式转换层。而且厚板的厚度可以根据上部结构载荷，柱网尺寸设定，比较方便。厚板式转换层的优点是厚板刚度很大，形成一个支撑平台，整体性比较好，施工也比较方便，而且下部的柱网的受上部结构的影响比较小，布置灵活。但是也有缺点，首先厚板耗材较多，经济性较差，由于本身自重大，当发生地震时容易产生损害，经济损失。

4、桁架式转换层：该转换层的上部柱墙可以通过桁架传至下部柱墙，而且管道则可利用桁架间的空间穿梭。该转换层的应用情况为当高层建筑的下部为大空间商场，上部为小空间的民用楼层，而且还需设置管道设备层时，就可以采用桁架式转换层。当采用桁架结构时，要跨满层布置，而且上弦节点与上部密柱或者与墙肢形心对中。桁架式转换层与其他转换层相比较，虽然框支柱柱顶弯矩和剪力比较小，但是施工十分复杂，且对于轴线错位布置时难度也较大。

遇到实际工程时，要根据实际的工程情况，难易程度，经济性，安全性采用适当的高层建筑转换层。

五、高层建筑结构转换层设计时应注意的事项

在我国，虽然经济发展十分迅速，连带着建筑业近些年也相当火热，但是我国的建筑业起步相对于发达国家来说是相当晚的，各项转换层的结构设计理论和设计方法等相关技术还不成熟，这样就会在实际工程中遇到很多问题，把问题总结一下，要注意以下的几点：

1、在设计过程中，应该注意要把高层建筑的结构转换层的上部设计成抗侧刚度接近于下部的抗侧刚度。转换层的上，下部的抗侧刚度不能突变，这是一个渐变的过程，

2、高层建筑的底部转换层的高度与刚度有关。当转换层的位置越高的时候，转换层的上下刚度变化幅度会增大，那这样的话就会造成转换层上刚度发生突变，导致剪力墙受压出现裂缝，墙体出现破坏，发生自然灾害时会坍塌，造成安全隐患。设计人员在设计时在高度与刚度之间取一个合理数值。

3、在实际工程设计过程中，高层建筑的结构转换层下部的结构不可以设计为柔软层。因为转换层要有一定的刚度要求，柔软层则不能承受上部的载荷与剪应力，很容易造成建筑物倒塌，危及人们生命财产安全。

4、由于结构的复杂性以及工程量肯定十分巨大，设计的人员应该要注重概念设计，在设计过程中多查些资料数据和当地的相关法律政策，反复比较调整，得到最好的合理设计。因为建筑业是一个一次性的工程，不可以反复重做，所以在取数值尽量合理，符合实际。在布置时应尽可能规则、简单、对称、美观。

现代的高层建筑逐渐向多功能和综合用途发展，上部是民用住宅，下部为商店，娱乐设施。在设计结构中，结构必须以与常规方式相反的进行布置，上部是小空间，布置刚度大的剪力墙，下部是大空间，要布置刚度小的框架柱。

结束语：当今的时代是一个经济飞速发展的新时代，经济的发展带动了建筑业的发展。城市规模的扩大，外来人口增多，造成人员密集，城市空间拥挤，这是每一个大中型城市都面临的问题。要解决这个问题，就从高层建筑上着手，上部分为居民住宅楼层，下部分为大型商业用房，这样可以节省空间。为了解决建筑物上部和下部因为隔墙分布不均的问题，所以带转换层的建筑应用而生。我国的这个相关技术还不太成熟，需要我们再不断学习，不断创新，不断总结，才可以使我国的建筑水平到达一个新的高度。

参考文献：

[1]耿丽君；何晓丽.高层建筑转换层结构的设计与施工[J].建材技术与应用.——2009年07期

[2]唐興荣；吴莉莉；陈礼建等.有梁式转换层的高层建筑结构设计与研究[J].工业建筑出版社.——2001年10期

[3]熊进刚；谢晓峰.高层建筑转换层结构型式的应用现状及问题[J]广东土木与建筑出版社.——2004年11期