带转换层高层建筑结构的设计方式分析

杨晓玲

(武汉东艺建筑设计有限公司，湖北 武汉 430070)

0 前 言

当前城市中较多的高层建筑都是带有转换层结构，在高层建筑的下部楼层一般用于商业建筑，餐厅、超市等，下部结构需要有较为宽阔的空间，不能因为剪力墙及框架柱而影响了其使用功能；在上部结构一般用于人们居住，要求结构布局合理，开间、进深适宜，在这种实际需求下，对于高层建筑的结构设计提出了新的要求，要在设计中结合建筑功能要求，把握建筑设计要点，提高设计方案的科学性和合理性，这样可以促进我国高层建筑的发展。

1 带转换层高层建筑简介

1.1 基本概念

在高层建筑中，建筑物的下层结构和上层结构因平面使用功能不同，而在中间一个过渡层进行结构转换以实现上层结构和下层结构的功能要求，这个过渡楼层通常被称为转换层；转换层的设计主要是为了改变上下层结构的结构形式及平面布局，通过结构形式及建筑轴网的改变来满足上下层建筑的功能要求，对于超高层建筑甚者设计了多个转换层，这样可以更好地发挥建筑物的使用功能，提高建筑物使用效率，从而促进我国建筑行业的发展。

1.2 主要用途

在高层建筑结构设计中，通过设计转换层，可以将上层结构和下层结构进行很好的连接，可以将建筑物的空间划分变得更为灵活，满足楼层间不同的空间需求。当前城市建设中高层建筑结构越来越普及，带转换层高层建筑结构可以提高土地使用效率，因而被广泛应用到高层建筑设计中。

2 带转换层高层建筑结构设计的主要原则

2.1 加强转换层下半部分的设计

在带转换层高层建筑结构设计中，要考虑到下层结构的设计，因为下层结构是整个建筑的受力基础，其质量决定了整个高层建筑的质量；同时下层结构的刚度要高于上层建筑，要在下层结构做好抗震设计，这样可以提升整个高层建筑的抗震性，提升高层建筑的安全性和稳定性。

2.2 合理控制转换层的数量

在高层建筑结构中设计转换层主要是为了改变上下层建筑的平面布局，提高高层建筑的使用效率，但是也不能过于追求建筑使用效率而过多的设置转换层，由于转换层会使得建筑物的上下层结构形式发生改变，在一定程度上是将整体建筑物进行了分割，破坏了整个高层建筑的整体性，容易导致其他衍生质量问题的出现。因此，一般高层建筑的转换层设计以1～2层为宜，这样可以在保证建筑质量的前提下尽可能地提高土地使用效率。

2.3 加强数据的运算和应用

在带转换层高层建筑的结构设计中，由于其模型复杂多变，计算冗杂且系统，这就要保证转换层的数据计算和参数选择正确，因为其关系到上下层建筑结构的稳定性，起到了一个承上启下的功能，也不同于一般标准层，对于它的设计可能更为复杂，在设计中，要计算准确，对于相关参数的选择一定要严格按照规范和标准执行，避免因不科学的计算方式而导致设计质量问题，从而影响整个高层建筑的质量。

2.4 不断优化设计方案

在按照以上设计原则完成高层建筑的转换层设计后，一定要结合整个设计方案进行转换层的优化设计，因为转换层以上的结构基本为标准层，做好转换层的设计质量控制，可以有效保证上层结构的质量，还能做好成本控制，在转换层的设计方案中进行优化，可以取消过去保守的结构设计，这样上层的标准层中都可以取消此部分的结构，极大地缩小了高层建筑的成本，促进我国带转换层高层建筑结构的发展。

3 带转换层高层建筑结构设计的主要方式

3.1 梁式转换层的结构设计

在带转换层高层建筑结构设计中，最为常见的一种设计方式就是梁式转换层设计，这种转换层设计较为简单，主要通过梁构件的截面转换或者主次梁的增加来改变上下层结构，在设计时，首先要考虑的是上下层结构的优化方案，在尽可能减少结构转换形式的前提下，控制成本，从结构上进行简化，这样不仅可以避免其他衍生质量问题，而且可以使得设计方案更为安全可靠；然后就是在设计中要注意竖向结构刚度的计算，保证被转换层分割的建筑物整体刚度能达到相关要求，同时其竖向荷载能满足受力要求，在竖向荷载的传递过程中，各个构件都能满足，这样才可以控制好梁式转换层的结构设计。

3.2 桁架转换层的结构设计

桁架形式的转换层结构设计方式在高层建筑的使用中较梁式转换层结构较少，并且结构型式更为复杂，但是这种结构型式的转换层抗震性及稳定性比较好，主要是通过桁架来进行上部荷载的传导，在桁架转换层结构设计时，首先要建立受力模型，分析其受力情况，然后布置桁架杆件形式，合理传导荷载；然后要考虑桁架结构的抗剪能力和抗弯能力，保证整个建筑结构的稳定性。

3.3 厚梁式转换层的结构设计

如果高层建筑的转换层的上下轴线未能良好地结合，那么就很难用梁去支撑，此时适宜采用厚梁式转换层的结构设计，该结构模式的优点是灵活多变、工序简单，但是厚板的厚度很大，造成材料的浪费，同时也会引起压力的上升。因此，在厚梁式转换层的结构设计过程中要充分考虑到厚板带来的较大的压力，增加配筋的数量，提高配筋的强度。此外，要考虑到冲切力和剪切力，通过合理的受力分析和计算来减轻整个转换层的受力程度。

3.4 箱型转换层的结构设计

在带转换层高层建筑结构设计中，箱型转换层的设计方式应用具有一定的局限性，这是由于箱型结构的转换层会使得整个转换层以上的楼层结构型式较为单一，一般只能用于开间需求较大的建筑物，对于建筑物的刚度要求也比较大，箱型结构的横向荷载受力较大，在实际的设计中要做好结构受力分析，保证整个转换层的设计质量。

4 优化高层建筑转换层结构设计要点

在带转换层高层建筑结构设计中，要重点对待转换层的结构设计，由于高层建筑结构设计本来就较为复杂繁琐，再加上转换层将整个建筑结构进行了分割，破坏了整个建筑结构的整体性，这就使得转换层的结构设计显得至关重要，在设计中，一定要重视转换层结构的优化，优化受力结构的间距，保证高层建筑物的整体刚度，做好高层建筑转换层结构设计的优化处理。

1)优化高层建筑的转换层结构布置。相关研究已经显示，在底部的转换层中，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，落地的剪力墙以及墙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，转换层的位置如果过高，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型结构、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，用于一些大空间的地下室中，因为其周围有着约束的作用。

2)高层建筑转换层结构剪力墙间距的优化。对于应用较为普遍的梁式转换层结构形式，在其结构设计中，要注意转换层结构梁和剪力墙的结构设计，在考虑转换层对于上下层结构平面空间的改变时，还要保证转换层剪力墙结构的设计，墙体不宜过长，间距不宜过小，剪力墙结构形式过长，增加建筑成本，不利于成本的控制，剪力墙间距过小，不利于房屋的合理布局，也不利于上层荷载的有效传递。因此，在转换层结构设计中，要兼顾上下层结构设计形式，尽量保证上下层结构的剪力墙能在一个竖向结构上，要重新分配建筑的竖向结构布置，保证建筑整体受力能达到要求，这是在转换层结构设计中需要重点注意的地方。

3)高层建筑转换层结构的过渡受力以及控制轴压比。高层建筑转换层的结构设计，楼层的梁面和柱面直接影响着转换层的竖向负载能力以及构件的内力，在高层建筑施工期间，对施工的进度也有一定影响，尤其是在转换层构件与若干层构件同时出现在施工阶段的时候，这个构件的内力变化尤为突出，若不及时采取措施，会因为施工阶段转换构件的过渡受力而影响高层的进度，造成高层建筑施工延时延工。高层建筑中转换层轴向的承受力主要受框支柱所支撑，转换层以上的墙体垂直负载和水平负载差不多都能借助板平面内的刚度传递给落地剪力墙，所以还要注意轴压的比率，尽量控制这个比率。

5 结 语

我国建筑行业的发展使得高层建筑在城市中的应用越来越普及，而为了进一步解决日益紧缺的土地使用问题，使得带转换层高层建筑被广泛应用到城市建设中。在高层建筑的转换层结构设计中，要把握设计原则，重视转换层的设计质量，科学合理设计，并对其结构设计进行优化处理，从设计质量上进行有效控制。针对不同的转换层结构，要合理采取设计方式，做好转换层的设计，同时要重点熟悉转换层设计中的要点，做好整个结构设计的方案优化，控制好设计成本，保证设计质量，提升高层建筑的使用效率，从而进一步促进我国建筑行业的发展。