高层建筑转换层结构设计中的问题分析

张桂山

（北京森磊源建筑规划设计有限公司长沙分公司　湖南　长沙　410000）

高层建筑转换层结构设计中的问题分析

张桂山

（北京森磊源建筑规划设计有限公司长沙分公司湖南长沙410000）

随着社会经济的快速发展，人们对各种服务行业的要求也越来越高，尤其是随着高层建筑的快速发展，为了更好的符合人们的需求，其也在向着多样化、复杂以及多功能的方向发展，但这也加大了建设的困难。在此情况下，本文对高层建筑转换层的类型和设计方法、转换层结构设计中存在的问题做出了一定的研究。

高层建筑；转换层；结构设计；类型

引言

高层建筑转换层结构设计是一项较为复杂的工程，所以在施工之前，必须对其进行仔细的分析与讨论，并在确定无误之后才可进行施工。基于力学的角度可知，高层建筑转换层的上下层内力是比较集中的，且地震力也较为集中，所以设计工作极其困难，这也成为目前我国高层建筑设计的重要问题之一。因此，为了确保高层建筑设计的舒适与安全，必须在高层建筑结构变化位置设置转换层。

1　高层建筑结构转换层的类型及设计方法分析

1.1梁式转换层

1.1.1托柱形式转换梁截面设计

当转换梁需要承接上部普通框架时，可依据普通的截面设计来进行配筋的计算，主要原因是此时的转换梁承受的力基本上是和普通梁承受的力一样的，但当转换梁需要承受上部斜杆框架时，应按照偏心受拉构件来进行相应的截面尺寸的设计，此时是因转换层需承受的力基本来自轴向拉力。

1.1.2托墙形式转换梁截面设计

在转换梁施工中，力学问题是非常关键的问题，所以必须对其予以重视。同时，当转换梁承受上部的墙体是小墙体时，应采取普通梁的截面设计方式进行配筋的计算，并在转换梁的底部位置放置纵向钢筋，此时不存在其他特殊的需求，只需要像普通梁一样布置即可。此外，当转换梁需承受上部墙体力且满跨不开洞时，应对转化梁采取深梁截面设计方式，且其受力特征以及破坏形态变现为深梁，但此时的转换梁跨中，有较大范围的内力较大，所以此种情况下的转换梁纵向的钢筋不应弯曲或截断。而当转换梁需承托上部墙体满跨或不满跨，同时其剪力墙长度又较长时，应采取深梁截面设计方式。

1.2箱型转换结构

当转换梁的截面较大时，可以在其梁顶和梁底位置同时设置一层楼板，并使其遍布整层，最终使得整层都成为一个“箱子”的形式，也因此被人们广泛的称为“箱型转换层”。“箱型转换层”是高层建筑设计中较为常见的一种结构形式，但在其设计过程中，应注意合理设置其支撑体系，进而更好的确保高层建筑施工质量。在高层建筑施工过程中采用的箱型转换结构主要特征包括：层高大、自重大、混凝土强度高、结构受力比较复杂、墙柱模板支设比较困难等，其中较为主要的优势是转换层自身整体性较好，但除了这些优势或特征之外，其还具有一些缺陷，主要为其直接占用了整个楼层的面积，进而使得整个楼层都不能再有其他的用途了，而只能作为设备层来使用；除了这一缺陷之外，其还具有自重大、造价高的缺点，这也是其在实际施工中较少使用的主要原因。

1.3厚板式转换层

厚板式转换层最主要的优势是布置的灵活性，且其整体性也是较好的。当上、下柱网线错开的较多时，几乎是很难用梁来进行承托的，此时就可采用厚板式转换层形式，并将其作为厚板，且厚板的实际厚度还可依据上下结构和柱网尺寸决定，但是此种厚板式转换层的自身重量是比较大的，且其地震作用也较大，耗费的材料也较多，这也就是说这种厚板式转换层不仅会耗费较多的资金，还较容易发生震害，因为这些缺陷，这种厚板式转换层形式还未得到广泛的采用。此外，此种厚板式转换层可通过TBSA等的三维空间分析程序的采用对其整体内力进行仔细的分析，主要是转换板的不规则边界，此时一般都会采用有效单元法进行内力分析，除了这种内力分析方式，还可采用复杂楼板有限元分析软件进行进一步计算，同时还可对板在受到竖向压力荷载的受弯与局部压力等进行计算。

1.4桁架式转换层

在高层建筑中，桁架通常有两种分类，一种是空腹桁架，另一种则是实腹桁架。而桁架式转换层主要是由梁式转换层结构转变得出的，如图1，相比于梁式转换层，其受力更为明确一点，且其还具有整体性好、抗震能力强等优势，此外，其框架支柱柱顶弯矩和剪力也相对小一些，但除了这些优势之外，其缺陷也是较为明显的，主要包括施工难度大，更加复杂、节点设计难度大等。当高层建筑下部为大商场时，必须具有较大的空间，而当其上部为居住办公等小空间时，就可采用桁架式转换层进行结构的设计与施工，尤其是在需要设置一些管道时，更需要采用此种方式。通常在采用桁架式转换层进行施工时，应跨满层进行布置，且上弦节点还要与上部密柱中心对齐。此时因桁架式转换层的重量比较小，所以也减小了下部框架的承重负荷。

图1　桁架式转换层

2　高层建筑转换层结构设计中的问题分析

2.1转换层的结构布置设计问题分析

（1）在高层建筑结构施工过程中，如果采用转换层结构设计，其竖向构件是无法直接连续贯通落地的，导致这种现象最主要的原因是不同楼层之间竖向构件的分布位置处存在的差异。所以，只有采用一定的转换构件，才可确保高层建筑上层结构的稳定性。此外，在建筑转换层中所使用的转换结构一般都是转换大梁、桁架、空腹桁架、斜撑、箱形结构以及厚板等。

（2）在高层建筑的简体结构设计中，如果有转换层存在，则此筒体结构的内筒一定要贯通落地，同时还要增加一定的墙壁厚度，进而提高筒体结构的整体性和刚度。其与简体结构一样，框支剪力墙结构中的剪力墙也要贯穿落地，然后加大墙壁的厚度。特别是在建筑抗震结构的设计过程中，必须严格控制落地剪力墙间距设计，且在落地柱周边的楼板中不能发生错层情况，进而较好的避免建筑转换层下部结构遭受破坏。除此之外，在进行建筑转换层结构的设计时，必须严格遵守上述规定，进而确保高层建筑结构的刚度，并避免出现内力传递突变和楼盖错层现象。

（3）在框支剪力墙结构设计中，转换层的上一层尽量不要在建筑两侧附近设置边门洞，同时也不要在中柱上方位置处设置任何孔洞，进而有效避免因框支剪力墙的剪力增大而发生应力集中现象，最终使转换层结构的墙体受到破坏。此时，如果必须要设置一定的门洞，最好在墙体的中部进行门洞的设置，进而确保建筑结构各部位的受力均衡。

2.2转换层结构的抗震设计问题分析

（1）在转换层结构的抗震设计时，采用高位转换方式对结构的受力是非常有利的。经过相关计算与分析可知，经过水平地震的作用之后，倾覆力矩分布曲线在转换层处会呈现处转折，且其转换层下部也都是以剪力墙为主的框架剪力墙结构，而落地剪力墙所分配的倾覆力矩由转换层往下递增较快，但支撑框架的倾覆力矩的递增会很少。

（2）在高层建筑的转换层处，框支剪力墙的大量剪通常都是通过楼板传递给落地剪力墙。当转换层的位置处于较高的位置时，建筑的剪力分配以及传力方式也会发生较大的变化，而落地剪力墙也更容易产生裂缝，且框支剪力墙在转换层上部的墙体所受的内力也是相对较大的，同时也极易被破坏。同样的，建筑转换层下部的支撑框架也更容易屈服，进而形成几个薄弱层。

3　结语

在高层建筑施工中，结构转换层的设计一直以来都是建筑行业人员高度重视的问题，同时，因其结构的复杂性以及巨大的工程量，相关施工人员需对其进行充分的了解，并科学合理的规划结构设计。其中，对于高层建筑转换层设计，一定要采用合理的、适宜的转换层形式，并在进行布置工作时，通过加强主要构件的方式来提高设计结构的安全性和稳定性。

[1]张玉石.高层建筑转换层结构设计中的问题分析[J].黑龙江科技信息，2013（19）：246.

[2]蒋晓华.高层建筑转换层结构设计的探讨[J].城市建筑，2013（4）：17～19.

[3]徐政辉.某高层建筑中转换层的结构设计与施工[J].山西建筑，2012，38（8）：46～48.

TU972

A

1673-0038（2015）39-0031-02

2015-9-13

张桂山（1983-），男，工程师，本科，主要从事建筑结构设计工作。