带结构转换层的高层建筑结构设计要点探讨

带结构转换层的高层建筑结构设计要点探讨

张斌

江苏筑森建筑设计有限公司 江苏 常州 213000

摘要：随着科技的发展和社会的进步，高层建筑在城市中的建设越来越普遍。高层建筑的结构设计是其设计过程中的一个重要环节，直接关系到建筑的安全性和稳定性。带结构转换层的高层建筑结构设计是目前常见的一种设计方案，通过结构转换层的设置，可以有效地提高建筑的抗震性能和整体稳定性。本文对带结构转换层的高层建筑结构设计进行了探讨。

关键词：带结构转换层；高层建筑；稳定性；受力

引言：

高层建筑结构设计是一项复杂而关键的工作，它直接影响到建筑物的安全性、稳定性和持久性。为了保证建筑结构的稳定性和安全性，建筑设计时需要重视转换层结构的设计，对转换层科学设计，能够保证建筑不同部位的均衡受力状态，对于保障建筑安全性和稳定性具有重要作用。

1、带结构转换层的特点及其作用

带结构转换层在高层建筑中还有利于功能分区的合理布局和空间利用率的优化。通过合理设置带结构转换层，可以满足不同功能区域之间的连接需求，实现功能分区的有机衔接与交流，提升建筑的舒适性和使用效率，改善居住和办公环境。带结构转换层具有承载力强、刚度高、抗侧向变形能力好等特点，能够有效分担上部结构的荷载传递并保证结构的整体安全性和稳定性，还可以起到减少结构振动、增加结构刚度、提高结构整体性能等作用，对于提升高层建筑的抗震性能和使用安全性具有重要意义。高层建筑的结构转换层的转换模式主要有以下几种。第一种为结构转换模式。此种转换模式主要应用在建筑工程的框架剪力墙结构中，将其上下两部分结构实施转换，能够更好的扩充建筑内部空间。第二种是柱网、轴线转换模式。此种转换模式无需改变建筑的上下层结构，而是通过增加下层结构柱距的方式，形成相应的网状结构，以便扩张下层建筑的入口空间。第三种是结构和轴线规划同时转换模式，这种模式是指在转换上层剪力墙结构的同时，也要调整下层结构的柱距，形成相应的建筑结构差异，满足多种结构建设需求。

带结构转换层能够实现结构体系的优化设计，有效减小结构自重和荷载对建筑的影响，提高整体结构的经济性。通过合理设置带结构转换层，可以降低结构造价、缩短施工周期，对于节约建筑材料和降低建筑成本起到积极作用。此外，带结构转换层还能够提供良好的空间适应性和建筑灵活性，高层建筑的功能需求随着时间变化而变化，带结构转换层的设置可以使建筑更具灵活性和可塑性，更易于适应不同的使用需求和功能变化，为未来建筑功能调整和改造提供便利条件。

2带结构转换层的高层建筑结构形式

2.1钢筋混凝土框架结构

钢筋混凝土框架结构是带结构转换层的高层建筑常用的结构形式之一。该结构形式由纵向和横向的钢筋混凝土框架组成，通过梁柱连接固定，形成整体的强度和刚度。框架结构是一种传统的结构形式，适用于高层建筑的转换层设计。在该结构中，转换层的梁和柱由钢材或混凝土构成，承担建筑的荷载。这种结构形式施工相对简单，适应性较好。但在抗震性能方面，可能需要增加剪力墙或其他抗震措施来提高整体稳定性。在结构转换层处，通常设置较大的横向荷载传递梁，以承受上部结构和下部结构的力传递，实现结构之间的平稳过渡。钢筋混凝土框架结构的特点是坚固稳定，承载能力强，在高层建筑中具有广泛应用。在带结构转换层的高层建筑中，钢筋混凝土框架结构可提供很好的水平支撑和刚度，以适应建筑物在不同高度上所受到的水平荷载和地震反力。通过合理的梁柱布置和截面选择，可以实现结构的轻量化和高效性能。

2.2剪力墙结构

剪力墙结构在转换层设计中也常被采用。剪力墙是沿建筑高度的竖向墙体，能够承受侧向荷载，提供良好的抗震性能。剪力墙可将水平荷载和剪力传递到地基，并通过合理的布置和加固实现结构转换层与上下部结构之间的过渡和衔接。剪力墙的位置和数量可以根据建筑用途和空间需求确定，通过集中设置剪力墙，可以最大程度地吸收和分散水平荷载，并释放出更多的可用空间，高刚性和抗剪能力可以减少横向的结构支撑，从而减少隔间或柱子对空间的占用，剪力墙结构可以提供更大、更灵活的开放空间。同时，剪力墙结构设计时，需考虑墙体的位置、尺寸、厚度、布置和连接等因素，通常墙体集中设置在建筑的核心部位，形成一个或多个垂直分布的墙体系统，满足地震力的传递和分布要求，以确保从地震产生的力和位移能够有效传递到剪力墙上，并充分发挥其抗震能力。在剪力墙结构中，转换层通常设置在剪力墙的上部或下部，以实现结构的转换。剪力墙结构的优点是抗震性能好，但对柱网布置和剪力墙布置有一定要求。

2.3框架-剪力墙混合结构

框架-剪力墙混合结构是将梁柱框架结构和剪力墙结构相结合的一种形式。在该结构中，框架部分负责承担垂直荷载，而剪力墙部分提供抗震支撑。转换层可以设置在框架和剪力墙交界处，实现结构的转换。该结构形式在高层建筑中得到广泛应用，可根据具体设计要求和地震需求进行合理的结构布局和参数选择，在结构转换层处设置较大的水平梁和剪力墙，使得结构在横向荷载和地震作用下具有良好的抗力和刚度。在这种结构形式中，钢筋混凝土框架和剪力墙相结合，兼顾了框架结构的刚度和剪力墙的承载能力。通过合理设置结构转换层处的梁柱和剪力墙，实现结构的平稳过渡，并提供足够的刚度和稳定性。框架-剪力墙混合结构综合了两种结构形式的优点，既能满足垂直荷载的承载要求，又能提供良好的抗震性能。在选择合适的结构形式时，需要综合考虑建筑的高度、荷载特点、施工技术以及经济性等因素。同时，在结构转换层处的剪力墙可以有效地吸收和分散地震力，提高整个建筑的抗震性能。这种结构形式的优点包括：可靠性高、承载能力强、刚度好、抗震性能好等。由于钢筋混凝土框架和剪力墙的混合使用，结构的施工也较为灵活，适应性强，还应考虑当地的建筑法规和规范要求，以确保结构的安全可靠性。工程师和设计团队通常会进行详细的结构分析和比较，选择最合适的结构形式进行梁式转换层的设计。

3、结构转换层设计分析

3.1结构转换层的布置和形式分析

结构转换层的布置和形式是设计过程中的重点之一，直接影响到整体结构的稳定性和结构性能。首先，需考虑结构转换层相对于建筑物整体的位置，通常放置在不同结构体系连接处或者功能发生明显变化的部位。还要根据结构转换层所承载的荷载大小和类型选择合适的结构形式，常见的结构形式包括钢筋混凝土板、钢结构梁柱等，需根据具体情况进行分析选择最合适的结构形式。同时，转换层结构设计必须确保建筑物的整体稳定性和抗震能力。在转换层结构设计中，应合理分配荷载，确保各个部分的荷载得到合理的承载，减小荷载集中带来的影响，提高建筑物的整体稳定性。需要考虑结构转换层的厚度、高度、刚度等参数的设计，确保满足承载要求的同时尽可能减小结构体积，优化结构设计。

3.2结构转换层的轴力、弯矩和剪力分析

结构转换层承担着建筑物上部各种荷载并传递给下部结构的重要任务，因此轴力、弯矩和剪力等内力分析至关重要。需要通过有限元分析等工具计算结构转换层在不同荷载作用下的受力情况，确定结构转换层不同部位的最大受力点和受力大小。有限元分析是一种数值计算方法，通过将结构离散为有限数量的单元，建立数学模型来模拟结构的力学行为。通过施加不同荷载和边界条件，可以计算结构的应力、应变、位移等参数，评估结构的受力性能。另外，根据内力分析结果合理设置构件尺寸、配筋、选材等参数，确保结构转换层在各种工作状态下都能满足设计要求。最后，需要考虑跨中荷载和支座反力对结构转换层的影响，采取有效的措施来增强结构转换层的受力性能，提高结构整体的稳定性。

3.3结构转换层的刚度和稳定性分析

结构转换层的刚度和稳定性直接关系到整体建筑的抗震性能和使用安全性。需要通过有限元分析等工具对结构转换层的刚度进行评估，考虑各种荷载作用下结构转换层的变形情况，确保其在设定的变形限制范围内稳定可靠。在进行结构分析与验算时，需要参考相应的结构设计规范和标准，以确保分析方法和参数的准确性和合理性。同时，还应考虑结构的安全性、可靠性和经济性，进行必要的优化和调整，结构分析与验算结果将为工程师提供参考，指导结构的施工和监测，并确保梁式转换层的设计满足要求。同时，根据设计规范要求和实际情况对结构转换层的稳定性进行评估，考虑在地震、风载等外部荷载作用下结构转换层的受力性能和稳定性，提出相应加固措施来保证结构的整体安全性。最后，需要在设计过程中充分考虑结构材料的选择、节点连接方式、槽口处理等细节，确保结构转换层与上部结构和下部结构的衔接达到最佳效果。

4、结语

随着人们物质生活水平的提高以及对生活品质需求的增加，建筑的实用性、功能性也得到了广泛关注，现代建筑结构的复杂程度明显提高，导致建筑转换层的设计和施工难度明显增加。因此，设计人员要积极转变自身的设计理念，学习更先进的设计技术，结合高层建筑工程施工具体条件，对其内部结构进行整体分析，围绕其结构性能和框架完成转换层的设计，不断提升高层建筑的设计水平。

参考文献：

[1]李秀才,汪胜.带结构转换层的高层建筑结构设计[J].建筑技术开发,2020(23):19-21.

[2]程俊.基于高层建筑结构转换层的结构设计探讨[J].建筑与装饰，2023（06）：66-68.