带结构转换层的高层建筑结构设计分析

文/王晓磊 青岛腾远设计事务所有限公司 山东青岛 266000

当前人们的生活质量逐渐提高，对建筑的要求也越来越高，其中建筑的结构设计具有重要的作用，尤其现代建筑的发展呈现出了多元性的特点，这使建筑的功能增多。为了使人们的居住需求得到满足，需要建立多种建筑设施，使建筑的结构具有更好的效果，通过带结构转换层的建筑设计，发挥出建筑设计的价值，使高层建筑的整体水平提高。

1、结构转换层的作用

一般来说，高层建筑的楼层越高，受到的力越小，中部以及下部楼层受到的力较大。具体来看建筑中每个楼层受到的力的情况之间存在差异，因此，在建筑结构设计中需要采用加强高层建筑结构刚度的方式来进行设计，使结构中的梁、柱更加稳定。在较高的位置，需要减少墙、柱等部分的安置数量，使建筑结构的整体稳定性提升。转换层也叫做过渡层，可以使下部结构的稳固性能加强，并且提升支撑的能力。由于建筑的设计需要，下部的空间墙体比较多，上部的竖向构件不能直接贯通落地，需要将墙、柱减小，使刚度降低，这也是高层建筑结构中的特点所决定的。将水平转换结构和下部的竖向构件进行连接，使建筑的结构可靠性加强。这种结构和一般的建筑结构设计中存在差异，设计者通过这种水平结构转换构件的形式进行设计，使建筑结构的整体质量提高。

2、高层建筑转换层结构的设计类型

2.1 箱式转换结构

箱式转换结构一般是由单箱托梁以及双向托梁所组成，这种结构可以使转换层的刚度加强，同时使结构具有良好的完整性，使结构的受力更加的均匀，同时提升了结构整体的稳定性。党高层建筑的上层结构比较复杂的时候，会使垂直的外力传递受到一定的影响，在布置中需要占据较大的空间，还会使楼层的功能受到影响，一般只能将其作为设备层。垂直向构件的剪力墙和其他的设备、管道的设计位置出现重叠现象，导致施工的难度提高，同时提升了成本，内力部分也比较复杂，在分析的时候会出现一些困难，因此，这种结构在实际的设计中不广泛。

2.2 梁式转换层结构

梁式转换层结构是使外力通过垂直传递的形式使墙变为梁，这种结构可以提升承载力。在应用中这种结构具有良好的作用，包括加强外力传递效果等，使建筑结构的受力得到有效的均衡，在进行结构设计的过程中，内力分析与计算的难度会因此而减少，更利于进行设计，同时降低了建设所需的成本，因此在建筑行业中使用范围较大。一般来看，高层建筑中的转换层结构应用的基本为梁式转换层结构，这种结构的比例占据了约80%。根据结构的功能以及材料等的不同特点进行分类，梁式转换层中包括较多种类，包括托墙、托柱、加腋型和不加腋型、钢筋混凝土型等，针对不同的建筑设计要求采用的不同的设计方式。转换梁主要是为了承受垂直的外力，因此受力特点和外力的作用等具有一定的联系，在设计的过程中，需要根据应力、刚度以及强度等方面进行设计，对建筑各个结构位置受到的力的情况以及工程中的实际施工需求进行选择，使结构能够在设计中提升性能，并且具有较好的受力特点。

2.3 桁架式转换结构

桁架式转换结构属于梁式转换层的另一种结构，在应用中，这种结构具有与其不同的特点，承重结构通常是由榀量比较多的钢筋混凝土桁架构成，因此结构具有更好的稳定性，在设计中可以加强建筑结构的强度，转化层的上层和下层部分需要安装上弦杆、下弦杆，还需要在转换层中间加入腹杆，这种结构和梁式的比较，具有更好的作用，同时呈现出了整体特点。这种结构在设计中可以使力的传播更加的清楚，同时使设计环节变得更加简便，由于桁架的高度比较高，因此，可以有效的减少下弦杆的截面面积，设计上可以使空间得到高效的利用，转换层的功能也会增多。这种结构的重力比较小，使得承载性能加强，在管道安装完成之后，具有更好的抗震性，同时使结构的稳固性提高，在应用中，桁架式转换结构具有一些缺点，设计的原则为强斜腹杆和强节点，使节点的荷载情况的影响因素增加，这种条件下，节点的荷载会提高，导致设计的出现一定的困难，当建筑设计中的楼层高度比较低的时候，斜压腹杆出现超短柱的情况，发生地震的时候，会使节点部分变得不稳定，使结构容易受到损坏。

2.4 厚板式转换结构

高层建筑结构上下层的柱网的分布不均匀，同时轴线的分布也比较复杂，这种情况下需要选择有效的转换结构进行设计，采用托梁结构进行设计，承托的效果不能达到要求，因此需要提升托承板的厚度，为了使设计的目标实现，需要将托板的厚度扩大，使设计的效果加强。这种结构在应用中上层柱网的布置不需要进行规定中的处理，在操作中效率比较高，具有更好的作用，但是在应用中存在一些缺陷，包括结构的传力的路径不清楚，会使设计受到影响，难以实现准确有效的设计，利用有限元方式进行分析的时候，其中存在一些不良的因素，对计算分析造成影响，这使设计工作的进行的困难增加。承力柱墙以及连接的部位需要设置配筋，使这部分结构的性能加强，达到建筑结构设计的要求。通常情况中，转换板的厚度比较大，同时自身的重量比较大，在设计中需要考虑这部分结构的特点，使结构的稳定性加强，并且提升转换层的纵向承载力。在结构中使用的材料为混凝土材料，使用的量比较多，造成成本增加的现象，在应用中还可能会出现裂缝，或者存在混凝土脱落的问题。

结语：

高层建筑的结构层使用极为广泛，在带结构转换层的设计中，需要对建筑的结构转换层进行充分的分析和了解，使结构的转换层设计具有更好的效果，提升了建筑结构设计的质量，为建筑的建设带来了良好的条件。