带结构转换层的高层建筑结构设计

张云龙 熊英豪

摘要：在当前城市的建筑中，高层建筑的建设越来越广泛，其功能性极强，多功能的建筑在设计时，需要对其内部结构进行合理布局。高层建筑在结构方面，为了满足特定的建筑功能，通常会设计结构转换层。所以在高层建筑的设计施工中，设计人员必须对结构转换层设计进行探讨，以保证建筑的质量和使用安全。

关键词：结构转换层;高层建筑;结构设计

前言

虽然我国当前社会经济的发展形势良好，人们的日常生活质量也在不断提升，但是土地资源以及其他各种不同类型能源的消耗量也越来越大。在这种形势下，建筑行业将高层建筑作为未来发展的主要趋势。在高层建筑建设过程中，都会利用带结构转换层的设计方法，该

设计方法不仅可以增强建筑物自身的功能，而且还可以将建筑物在实际应用中的作用和价值充分发挥出来。但是在建筑结构的设计过程中，部分设计师的专业技术水平并没有达到标准要求，同时还会受到各种不同类型因素的影响，导致设计质量很难得到保证。

1建筑结构转换层的作用

1.1增加底层建筑空间

目前，我国经济发展速度越来越快，随之而来的是很多年轻人都涌向了一线城市，导致一线城市住房紧张，所以国家为了解决这个问题，开始大量建造高层建筑。高层建筑顾名思义，就是它们的楼层比较高，又因为高层建筑的上下功能存在不一样的状况，下部为大空间商业店铺，上部为小空间住宅，这就需要在下部设置建筑结构转换层，以满足底层建筑功能大空间的需求。

1.2增加出入口的宽度和数量

目前，我国一线城市建筑基本上都是高层建筑，但是部分高层建筑并不安全，因为它们的出口数量和宽度都不够，不利于人们的进出，容易出现拥堵的情况，所以建筑结构转换层的另一个作用就是增加了出入口的宽度和数量，同时提升了人们进出的便利性。

2高层建筑结构转换层类型

2.1框架结构转换层

此种结构转换层最为突出的优势就是良好的抗震性能，应用此种结构转换层能够满足高层建筑工程对于抗震的实际需求。此种转换层的内部结构是巨柱型，在应用过程中起到重要支撑作用的结构主要是下层柱体。在工程施工期间，施工人员必须对转换层的下方框架结构实施加固处理，以满足结构稳定性要求。当前框架结构转换层的应用效果比较突出，未来可能会发展成为业内应用主流。

2.2梁式结构转换层

对于高层建筑来说，进行垂直转换施工的时候，一般需要使用梁式结构转换层。这种结构转换层也是应用比较广泛的类型，其具有良好的作用力传递性能，能够应用在不同楼层当中，有效保障各楼层结构的稳定性。在此种转换层中，墙体上层位置的受力能够通过不同结构传递到柱体最下方。梁式结构转换层的应用成本相对较高，在应用过程中占据了较大的市场份额。

2.3板式结构转换层

在高层建筑中，上下楼层结构之间存在较多柱网，此时必须要应用板式结构转换层来平衡各楼层之间的受力状态。在应用此种结构转换层的时候，需要注重工程的抗切和抗剪需求，转换层结构厚度最多不得超过2.8m。板式结构转换层具有良好的灵活性，但是其重量较大，应用期间需要使用多种辅助材料。

3带结构转换层的高层建筑结构设计要点

3.1结构转换层类型的选择

转换层的结构有以上多种形式，且具有各自的设计优缺点和适用范围，箱型和板型过渡层的应力相对复杂，对设计的计算要求较高，且混凝土施工成本较高，因此相比梁型转换层作用力简单，从设计和施工及成本上来说可优先考虑。总之，在设计过程中要科学确定转换层结构的形式，结合高层建筑物的转换层实际情况和施工成本控制来合理确定。

3.2结构布置

高层建筑须注意对地震的防控，因为转换层超过3层时，易形成薄弱层，抗震性能会下降，因此要合理确定框支剪力墙高层建筑结构地面上的空间层数，避免高位转换，根据抗震等级划分，8度区要低于3层，7度区低于5层，6度区楼层可适当增加，竖向分段布置时，可形成大套小的巨型框架结构，也可间隔布置成错列墙梁或桁架式框架结构，平面布置时，形式较为多变，为扩大底层入口，过渡上、下层柱列的疏密不一，可在周边柱列和角筒上，也可纵横向或与相邻层错开间隔布置，还可与建筑柱网协调布置，相邻层互相垂直布置、悬挑布置，无论选用哪种形式，都应保持与相邻层柱网的统一性。

3.3构件设计

框支柱设计，作为对结构整体安全性有重大影响的结构部分，其本身设计需考虑的因素也较多，为降低因裂缝和楼板形变而增加框支柱剪力的可能性，需参考相应的设计规范和标准完善框支柱设计，提升框支柱抗剪能力，强化转换层的连接关系。

框支梁设计，框支梁截面的受力相对复杂，作为荷载的传输纽带，受力也较大，设计时须充分考虑受力情况，通过精确计算确定剪压比，以选定合适的框支梁截面尺寸和高度，并注意提高剪力墙配筋率的准确度，合理平衡剪力墙的箍筋和纵筋数量，依照强剪弱弯的原则，充分发挥框支梁的减震、抗震性能，降低外力因素对结构转换层的影响，提高结构转换层主体的稳定程度和安全系数。

转换层楼板设计，结构转换层的上下部受力差异较大，通过转换层可对框支剪力墙上、下剪力起到很好的分配作用。由于转换层受力较大，因此须保证足够的刚度，特别是当高层建筑衔接层中有比较薄的楼板时，需合理控制转换层楼板厚度来提高楼板的抗压性，以确保转换任务的完成。

3.4抗震設计

结构转换层的上下部的刚度会发生突变，在发生地震时这一缺点将明显暴露，极大地危害房屋稳定性，为此在考虑转换层的抗震性能时需遵从以下2点设计原则。

（1）减少转换。采用一些直接接地的设计，保证上部竖向结构向下落地连续贯通可有效避免使用较多的竖向转换构件，如框架核心筒结构中核心筒上下贯通，可减少其转换结构与刚度突变的数量，避免形成抗震薄弱层。

（2）优化转换结构。斜腹杆桁架、空腹桁架和扁梁等结构形式在地震作用下的框支柱柱顶弯矩和柱剪力相对较小，当建筑功能需以高位转换时可优先选用这几种设计形式，并选择传力途径清晰的形式，传力直接，避免多級复杂转换。

4加强带结构转换层的高层建筑结构设计的几点建议

4.1分考虑不同层受力状况对于转换层的影响

由于高层建筑结构转换层在设计时需要考虑的因素很多，而且在设计项目上很复杂。因此在设计时首先要进行相应的受力计算和受力分析，保障高层结构转换层的设计能够承受相关力的作用。承载力的计算对于建筑设计来说至关重要，如果受力计算不合理，直接导致设计出现问题，在实际施工过程中就容易出现塌方师傅。

因此这就需要相关设计人员在进行结构转换层的设计过程中，根据实际项目的设计需要，不断加强对于转化层的受力分析，同时对于带结构的高层转换层的周围压力值精确计算，一定要保障这个设计的压力值在允许的范围内。可以在结构转换层中加入一定重量的钢筋等刚度材料，从而提高转换层的硬度和强度。为了更好地进行设计，相关设计人员需要考虑施工材料和施工技术对于受力情况的影响，只有做到这样才能更好开展设计工作。

4.2合理布设剪力墙，保证转换层整体结构的合理性

在进行高层建筑结构转换层的设计时，对于剪力墙的布置是有相关要求的，它最重要的功能就是突出了转换层的整体结构。在设计过程中具体需要遵循以下几个原则，第一要保障剪力墙框架柱的密度均匀，与转换柱的之间的距离和角度都要控制一定的范围之内，一般情况下，剪力墙和转换柱的之间的距离要控制在11米左右。根据高层建筑的整体空间布局，实际的设计方案需要满足项目对于剪力墙的实际要求，只有设计好剪力墙，才能保障地下结构的抗压能力，从而更好的保障项目的最终质量。另外在设计转换梁的过程中，必须保证梁体的整体结构能够承受相应的应力，控制短肢墙的内力在合理的范围内。

结语

当前城市的建筑中，高层建筑的应用已经越来越普遍，高层建筑的设计和施工比较复杂，带结构转换层的高层建筑的设计与施工更是复杂，因此在高层建筑的结构设计中，设计人员必须要对结构转换层进行合理设计，以保证结构的安全可靠。

参考文献

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