转换层结构设计在高层建筑中的应用探讨

黄展业

摘    要：近年来，我国建筑行业得到了快速的发展，高层建筑的应用也越来越广泛。在高层建筑中，应用转换层结构设计能够全面化满足人们对建筑功能的需求，为人们的生活提供便利，因此在高层建筑中应用转换层结构设计是很有必要的。本文首先分析了转换层的主要功能，并深入探讨了高层建筑中转换层结构设计的应用。

关键词：转换层结构设计;高层建筑;应用

1  引言

在高层建筑的转换层结构设计中，要全面分析建筑情况，并采取相应的措施提高建筑结构的整体稳定性，尤其是抗震设计，必须严格按照规定控制好落地剪力墙之间的距离进行设计，从而提高高层建筑整体的抗震性能。另外，还需要对转换层进行精确计算并进行细致分析，保证转换层的设计质量。

2  转换层的主要功能

进入二十一世纪以后，中国特色社会主义市场经济迎来了全新的发展，各种高层建筑在这种社会背景下纷纷拔地而起，其功能也越来越朝着多元化、综合化发展，为人们提供极佳的体验，一些高层建筑的底层为商场和娱乐场所，而上部分建筑则用作住宅，这正是高层建筑作用多元化的一个有力体现。从整体上来看，这种多元化的高层建筑可以分成上下两个使用空间，上层空间作为居住之用，所以往往需要设计较多的墙体对空间进行分隔，让用户的多样化需求得到满足，而下层空间则往往需要比较开阔，才能满足商业活动的需求，二者之间需求的不同导致了墙体设计等方面的不同。为了适应这种差异，设计转换层就显得十分重要。

3  高层建筑中转换层结构设计的应用

3.1  结构设计和布置

众所周知，高层设计之所以得到越来越多的认可，主要就是因为它能够以同等的占地面积，为人们提供更多的服务和功能区，因此一般来说只有在高层建筑中才会使用转换层。高层建筑下层空间结构基本都是开间，同时梁柱结构比较少，但是反之上层建筑则拥有更多的梁柱结构，这显然不符合建筑工程本身的受力稳定性特征。一些建筑设计人员为了让高层建筑结构更加稳定，选择在设计中应用转换层结构这种独特的设计模式，但是由于各种各样的问题，转换层的作用往往难以真正的发挥出来。因此在进行转换层结构设计布置的过程中，需要严格考量以下内容：

第一，高层建筑中即使应用了转换层设计方法，受到上下层空间使用需求的影响，每个竖向的结构支撑点进行统一也会十分困难，想要解决这一问题就必须要利用有关的转换结构，比如说比较常见的转换大梁、箱型结构等等，都能够从根本上解决上层建筑不稳定的问题。

第二，高层建筑往往是筒体结构，利用转换层结构的情况下内筒需要完全贯穿落地，同时还需要提升墙壁结构的支撑力，防止出现结构刚度不足的问题。而框支剪力墙结构也是如此，剪力墙也需要贯穿落地，尤其是涉及到减震设计这部分需求的时候，剪力墙之间相隔多远、厚度如何都需要额外思考。设计转换层结构的时候，务必要严格按照行业的有关施工设计标准进行操作，绝不能以过往的设计经验为全部标准，否则很容易出现楼层设计错误、内力结构不合理的问题。

第三，框支剪力墙结构的转换层比较特殊，其上层需避开梁体部分设置门洞，只有这样才能确保剪力的稳定性，让墙体的完整性得到保证。如果根据实际使用需求必须要设置门洞，一般需要把门洞设置在剪力墙的中间部分，这样一来能把应力均匀的传递到每个部分。

3.2  转换层结构的抗震设计

转换层结构的存在使高层建筑竖向的受力结构发生改变，垂直上的受力不能直接传导到持力层，这大大的降低了转换层结构的抗震性能，一旦发生地震等自然灾害，高层建筑结构的安全性就无从保障。为了解决这一问题，在设计转换层结构的时候务必要考虑到其抗震性。具体来说，地震对于高层建筑的损伤主要来自于水平方向的作用力，此时倾覆力矩分布曲线在转换层结构处会有明显的变化，另外转换层结构往下的建筑结构基本都是剪力墙，落地剪力墙的倾覆力矩会向下逐层递增，但是支撑框架的倾覆力矩递增效果就稍有减缓;另外转换层结构在水平地震作用下产生的内力较大，不代表垂直方向地震作用可以忽略不计，当抗震设计要求在八级以上的时候，就需要对竖直方向的地震作用进行计算。在计算转换层结构垂直方向地震作用的过程中，可以选择动力时程分析法。同时，高层建筑的转换层结构控制轴压比的重要性不容忽视，其梁柱的横截面、剪力和弯矩都比较小，大部分的荷载基本上会由框支柱承担，而墙体的负载则由板平面进行傳导，最终由落地剪力墙承受，因此做好框支柱轴压比的设计十分重要。

3.3  落地剪力墙设计

落地剪力墙的设计上文中稍有提及，其设计难度最大的部分就是洞口设计。也就是说，只有做好洞口设计，才能让落地剪力墙的结构稳定性得到保证。通常来说，需要将洞口设计在墙体中间以避免受力不均匀的问题。同时，还应该控制好落地剪力墙的距离，不需要抗震设计的落地剪力墙一般相距三十米左右即可，而需要抗震设计的则需要控制在二十到二十四米。

3.4  转换层计算要求

转换层本身是高层建筑主体结构的一个部分，在设计的过程中我们仍需对其各项数据进行准确的精算，从结构的整体情况出发，将转换层作为高层建筑的结构之一，从立体化视角及空间协同的角度出发，采取各种各样的有效措施保证内力计算和位移计算的准确度，这样一来，高层建筑每个组成结构对于转换层的影响就能非常明显的显示出来。但是在实际的工作中我们发现，由于结构比较复杂，很多设计人员在进行计算的时候都不够精细，这就导致了一些不可避免的构件计算误差，这显然不利于高层建筑的稳定施工。所以说，在今后的工作中结束整体计算的情况下，还需要对转换层局部结构进行二次精算，从而降低出现计算误差的可能性。

3.5  过度受力及轴压比控制

在高层建筑转换层结构设计的过程中，要明确楼层梁面和柱面的表现形式，柱面主要包括强柱和弱柱，梁面主要包括强梁和弱梁，转换层竖向负载以及构架内力往往会受到构件的影响。因此在高层建筑施工过程中，要从构件入手对施工进度和时间进行合理控制，在施工中对于转换层构架与若干层构架同时出现，则要通过合理措施来控制构架内力变化，避免出现转换构件过渡受力的影响，避免高层施工进度受到影响，这对于整个高层建筑施工目标的实现都是非常重要的。

在轴压比控制过程中，要明确内交角部位转换层支梁和支柱存在突出应力表现，在水平负载和处置负载的影响下，当柱子横截面、剪力以及弯矩都处于相对较小的条件下时，框支柱支撑周雅丽承受力，转换层以上墙体的水平与垂直负载以板平面内刚度为支持，向落地剪力墙传递，因此对框支柱轴压比进行控制是非常必要的。在高层建筑转换层结构设计过程中，要结合实际情况出发，有效控制过度受力和轴压比，从而达到良好的转换层结构设计效果。

4  结语

总而言之，对高层建筑结构进行功能分区是客观存在的实际需求，因此我们需要对转换层结构的设计工作进行深入的分析。从抗震性能、实际功能需求等入手，选择科学的结构方案，提升转换层的设计效果，从而保证高层建筑的稳定性和安全性。

参考文献：

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