高层转换层结构设计探讨

高层转换层结构设计探讨

林华明

【关键词】高层建筑；多样化；转换层；功能；细节

引言

随着土地资源的日益稀缺，高层建筑逐渐成为城市建设发展的趋势，为了满足人们对建筑大空间的需求，促进建筑网状的扩大而降低墙体的修建规模，且为在建筑结构的上层开设小空间，就必须利用多层墙体来实现。但实际设计时，竖向杆件难以贯通接地，导致很难达到高层建筑结构与功能的衔接，以此满足高层建筑对各种功能的需要，这种结构称为转换层结构。其主要类别：第一种，板式转换层。是指结构转换层的主体为一块整体浇筑的有一定厚度的规则平板，这种方法主要应用于衔接楼层的上下结构差异很大，无法进行常规协调的情况。而且由于上下结构的复杂性较高，会引起转换层的受力不均的问题。另外，由于板式转换层是一块整体浇筑的平板，在结构灵活性和空间利用率上都存在一定的限制。第二种，梁式转换层，这种转换层虽然在结构上相对复杂，但可以解决高层建筑中受力不均匀的问题。同时梁式转换层能够比板式转换层节省出更多有效的建筑空间，在我国的结构转换层设计中被普遍的认可和使用。

一、结构转换层的设计准则

（一）刚度指标的控制

建筑整体结构中的刚度指标有一定的最佳数值范围，在进行结构转换层的嵌入时，需尽量将上下两层衔接部位的状况调整到相近的状态，便于施工中对建筑物整体刚度的控制。

（二）控制剪力墙配筋

提高剪力墙配筋率计算的精确度，降低外力因素对结构转换层墙体的影响或尽量避免和消除外力对其产生的作用力，提高结构转换层主体的稳定程度和安全系数。

（三）转换层楼板厚度的控制

如果遇到高层建筑中衔接层中有比较薄的楼板，就需要提高楼板的抗压性，具体可通过利用混凝土原料进行现浇筑的方法来实现，这里需要注意考虑结合高层建筑上下楼层区域的具体情况来确定楼板的厚度。

二、设计前做足准备工作

（一）综合考虑选择转换层结构形式

建筑使用关系到人民群众的生命财产安全，在设计时必须做到有备而无患，综合考虑设计中可能出现的各种问题，提前做好计划。当前，高层建筑转换层结构形式多样，但不同的转换层结构因特点不同、优缺点不同，其实际应用也会受到限制，设计者在设计转换层结构形式时必须要认真研究设计方案，同时考虑以下因素:①抗震。考虑到抗震的需要，要谨慎选择厚板转换层结构模式。因为这种结构自重大，重量可达数千甚至上万吨，加之该结构

上层刚度大、下层刚度小，底部在使用中极易发生变形等问题，埋下震害隐患。箱型转换层结构也同样存在质量和刚度过大的问题，会产生激烈的地震反应。若非特殊情况需要尽量避开这两种转换层结构形式。②经济性。高层建筑建设成本较大，在转换层结构设计时既要考虑建筑功能需求，还应考虑造价问题，要尽可能采用经济性强的结构形式，降低成本。③安全性。要尽可能选择可以减少竖向构件的转换层结构形式，以减小转换刚度，确保建筑物的安全性和稳定性。

综合考虑以上因素，在高层建筑转换层结构设计时，应积极探索使用新型转换层结构，不能只为了追求建筑多样化功能盲目选择结构形式。要尽可能以梁式转换层结构、预应力拱式转换层结构、搭接柱转换层结构来代替传统的转换层结构形式，这些结构形式的抗震性能、安全性、经济性都较高，可以提高建筑物质量。

（二）精心设置落地构件确保其强度

在转换层结构设计前，一旦确定了转换层结构形式，就要提前进行落地构件的设置。选择落地构件时，要对构件的强度进行检验，必须要选择高强度的落地构件。设计时要尽可能让构件贴近重心，避免转换层承受过大压力，确保构件间距对称、均匀。

三、设计中做好细节处理

（一）转换层结构空间设计

高层建筑中，转换层起着承载压力的作用，安排其空间位置时，必须要根据不同建筑物科学分析受力情况，避免因转换层位置设置不合理而影响建筑内部受力状况，继而影响整个建筑物的安全。高层建筑转换层的空间不宜设计得过高，过高会浪费空间，要考虑到整个建筑空间的利用和转换层的刚度问题，坚持就低不就高的基本原则。综合目前的高层建筑设计及应用实践来看，三层以下最为适宜，如果考虑到建筑功能需要设计更高层，以不超过六层为宜。合理设计转换层的空间可以避免内部结构的高位转换和竖向刚度发生突变，降低整个建筑物的抗震能力。

（二）转换层结构刚度设计

在设计转换层结构时应考虑到其要承受的巨大压力，确保其具有较高的强度。可以通过增加转换层的剪力墙厚度、采用优质的混凝土材料进行转换层浇筑等措施增强其强度；还可以通过设计补偿剪力墙、减小洞口等措施增强转换层的刚度。总之，要确保转换层上、下刚度变化率尽可能接近1，这是转换层刚度的最佳状态。

（三）转换层结构抗震设计

近年来，随着高层建筑的增多和地质灾害的频发，高层建筑的抗震问题愈发受到关注。在进行建筑转换层结构抗震设计时需做好以下工作:①严格控制转换层的轴压比，通过控制落地剪力墙的间距、使用厚楼板、减少开洞数量、在转换层的板脚位置增加斜筋等方式，使转换层的轴压比控制在0.6以内，提高其抗震性能。②要确保转换层的框支柱强度符合地震剪力规范。若1～2层的框支层支柱数目小于10根，那么1～2层每一层每根框支柱的剪力大小应取基底剪力的2%；若支柱数目大于等于10根，那么1～2层每一层每根框支柱的剪力之和取基底剪力的20%；若1～2层的框支柱数目小于10根，那么小于等于第3层的每层每根框支柱的剪力大小取基底剪力的3%；若1～2层的框支柱数目大于等于10根，那么大于第3层的每层每根框支柱的剪力之和取基底剪力的30%。通过对转换层框支柱的标准化设计，可以最大程度提高转换层的抗震等级，确保建筑物安全。

四、设计后进行试验检测

在转换层结构设计完成后，为了确保其能够满足抗震、安全性等多方面的需要，可以利用先进的拟动力试验等对转换层模型的荷载、抗震能力等进行试验检测。若能顺利通过试验，则说明设计较为成功，可根据模型在试验中暴露出的薄弱问题进行进一步改进、巩固；若在试验中出现了设计模型被破坏的情况，说明设计存在缺陷，不能满足使用需求，设计者要根据试验数据积极修正设计，调整设计方案，并在修正后再次进行试验，从而确保设计的科学性和安全性。

五、结束语

转换层结构在高层建筑中发挥着转换重量、维稳建筑物重心的作用，设计转换层结构时，既要确保其承载建筑重量，又要兼顾功能、安全、抗震等多方面因素。忽略任何一个细节，都有可能埋下转换层结构的安全隐患。因此，需在设计前精心筹划、设计中做好细节处理、设计后做好试验检测，确保建筑转换层结构设计的合理性。

参考文献:

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[2]郭俊杰.建筑转换层结构的相关设计问题探讨[J].建材与装饰,2018(26):103-104.

[3]许化彬.转换层结构设计浅析[J].江西建材,2018(9):83-84.