芻議高層建筑轉換層的優化設計

【摘 要】 本文簡要探討了高層建筑在結構轉換層上的分類、設計應用現狀，以及針對結構轉換層進行的幾點優化設計研究方案。

【關鍵詞】 高層建筑；轉換層；優化設計

高層建筑的轉換層一般是指結構轉換層，指高層建筑某層的下部與上部的平面使用功能有區別，因此采取不同的結構類型，而且轉換結構起主要作用，那么此樓層就為高層建筑結構轉換層。現在我國很多高層建筑都設置有結構轉換層，其施工技術復雜，有很大的挑戰性，對于建筑整體施工技術有比較重要的意義。

一、設計分類

（一）設計結構轉換層。

對結構轉換層進行設計，很明顯就是指在差別性的結構之間進行系統優化設計，比如說，建筑物的上部為砌體結構，而建筑物的下部為框架結構，那么可以通過建筑上部砌體墻結構轉化為框架結構，增大建筑空間。建筑下部一般用作商業活動，上部用作生活居住。這樣的結構特點，一定要對建筑構件進行合理轉換，將建筑上部砌體墻所接受的承載力轉移到下部支柱。這樣的高層建筑設計一般被叫做結構轉換設計。

（二）設計功能轉換層。

對功能轉換層進行設計，通俗來講就是于建筑的中部位置加設設備層。比如說高層建筑因為過高的高度會產生供水供電問題，由于地下室過遠等原因也會造成水壓與電壓的超負載。所以需要在樓層的中部位置調節水系統的減壓吃力設計，也要重新分配供電負荷。做這樣的處理要有充足的空間，因此在設計高層建筑時，單獨準備一層用作功能轉換，這層也被叫做設備層。一般情況，功能轉換層不超過2.20米，以便減少其占有的設計規劃高度。

二、使用現狀

現在我們國家高層鋼筋混凝土建筑多為20至50層，最普遍的是20至35層，這個范圍的建筑占到所有高層建筑數量的超80%。這一高度范圍的高層建筑所占的比例最大，符合我國現實經濟發展情況。很多高層建筑都是商業與住宅合為一體的綜合性建筑，單純的住宅、單純的寫字樓所占比例不多。一般的情況是，下部一層到八層為商場、超市、娛樂城。地下用作停車場，在八層以上，多用作酒店、賓館、寫字間與民用住宅。根據相關的數據資料，高層建筑75%以上都設有轉換層，因為轉換層的設計難度大，施工工藝復雜，要求精準，因此對設計的要求非常高。我們應當有效捕捉具有高度融合作用的建設標準，準確把握住建筑設計的控制力度，讓科學準確的設計計劃實施變為可能，使整體結構與設計方案達到完好綜合。把原來的設計手段進行創新，讓各相關專業達到同步配合，做到一邊監督，一邊設計。讓設計過程更加科學規范。

三、施工技術分析

（一）高層建筑轉換層模板支撐技術。

高層建筑的轉換層模板，其四周的外圍模板、下底模板、內部模板是其主要構成部分，一般選取組合鋼模板當作四周外側模板，而選擇木質膠合板當作內側模板和底模板。選擇外部直徑為4.8公分的鋼管當作梁模板拉桿與剪力撐。選取兩件型號相同的外部直徑為4.8公分的鋼管當作模板主楞。并且其中的間距在7.0公分。選取規格在100×50的木方當作模板次楞，次楞間距為3.5公分。要注意模板的主楞不可以放到支架橫桿上，而是要放置在托頂之上。選取外直徑為4.8公分的鋼管當作側模水平桿。把其拉接到暗梁主筋的時候，同時應該同板內的鋼筋水平焊接牢固。這樣才能保證大截面梁模板的安裝質量。可以選擇門式的腳手架當作支撐系統，再加上能夠調型的底座與頂托，而且門架間距應該在90與95公分之間。選擇規格為8×10公分的木方當作轉換大梁龍骨，其間距為35公分。

（二）高層建筑轉換層模板拆除技術。

模板拆除的時間如果不能準確把握，那么就有可能會使得全部換層的工作全都受到不利影響，使施工造成沒有必要的麻煩。高層建筑的轉換層在施工期間，一定要保證一至三層的梁板支撐得以保留，等到模板所支撐的混凝土完全符合要求以后，再拆除模板與其支撐。

四、創新優化設計

（一）防止高位轉換

因為高層建筑在結構上日趨復雜，轉換層自然也不例外，轉換層的縱向剛度會形成某種意義上的突發性變化，再加上轉換層內力效應，極易形成薄弱層，減少抗震水平。所以在設置轉換層時，應當遵循在合理的范圍內盡量靠下的原則，把轉換層的位置設置在低層數。最好是三層以下，原則上不超過六層。防止高位轉換影響到抗震效果。

（二）合理布局支柱與剪力墻。

設計結構轉換層時，不管應用何種結構，都一定要保證部分剪力墻可以直接落地，均勻設計轉換層下部的框支柱，剪力墻與框支柱間的距離不能太大，一般控制在12米之內。剪力墻應當進行大格局設計，重點強化墻體下部，保證下部結構強度符合設計規范要求。

（三）規范掌握結構剛度。

根據相關的國家規定，轉換層下部與上部間的剪切剛度比最好為1，不能超過2。為使剪切剛度比處于1和2中間，一般要通過下面的辦法，增加剪力墻落地寬度，轉換層下部應當尋找合適的位置增加剪力墻范圍，加大其受力面積。對上部剪力墻的數量與寬度進行嚴格控制。可以通過減少下部結構斷面高度的辦法對層高進行壓縮。為了避免轉換層周圍形成突變的可能性，應當控制住上下兩部分的結構等效剛度，若無法準確求取剛度，則要用結構位移的數據間接計算得到，一般用程式化的計算得到樓層位移的各項數值，以此表達出該樓層的準確等效剛度。

（四）上下軸網對齊。

如果高層建筑在轉換層設計上，發生上下軸網錯位的現象，那轉換層在結構上就必須采取厚板型結構。厚板型結構缺點很多，其設計難度大，承載力弱，施工難度高，而且經濟效益差，是轉換層結構中最不合理的一種。為了防止應用厚板型結構，就必須把上下軸網對齊的工作做好，之后便可以采取其他類型的較為經濟的結構轉換層。軸網對齊標準越高，越容易進行設計，其受力性得到保障的前提下，經濟性也越實惠。能否對齊軸網，取決于結構設計方案的科學性與協調性。

（五）合理設計轉換梁。

對于兩邊突出的支力墻所形成的較大剪力，一定要在在兩邊進行加腋，對剪力形成對沖抵抗，將因為短支墻傳送給框架柱上的內力緩解掉，這樣既可以保證轉換層空間符合使用要求，也能達到設計上的最優化效果。

（六）布置轉換層配筋。

轉換層在結構上有別于普通桿件和薄壁桿件，內部的受力情況復雜而集中，因此設計時應當考慮到整體控制計算，用有限元分析當作補充計算條件，一般來說，墻元分析可以當作不同位置應力的計算基礎。應用有限元計算出配筋需求量，按照轉換層構造上的區別，設置不同的配筋比例。可以分別做出如下要求：根據規范要求對轉換梁進行設計與施工；要按照實際需要增加轉換層樓板的厚度與強度。板材厚度不小于180，應用雙向雙層配筋，配筋比不小于0.30%。適當注意加強下部與上部樓板，剪力墻框柱軸比值要符合相關的規范性文件要求。軸壓比不能超過0.6。要加大轉換層下部中心位置筒墻厚度。普通住宅的厚度需要再原有基礎上增加1.0至1.5米，強度等級也需要相應提高5至10帕。若有需要，應當在轉換層增加承重短柱與剪力墻，以對底層剛度進行補償。

總結

高層建筑的轉換層在高層建筑總體格局中占有非常重要的地位，我們要充分認識到其設計施工的現實意義，加強轉換層模板施工、混凝土工程、鋼筋工程等方面的研究與優化設計，嚴格遵循施工工藝，保證工程質量。

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