帶轉換層高層建筑結構設計的幾點思考

許久杰 葉德艷

浙江中設工程設計有限公司 310000

摘要：隨著國民經濟水平越來越高，人們生活水平的不斷提高，對建筑質量的要求也越來越高，轉換層結構設計能夠提高建筑物整體質量和性能，是高層建筑設計的重點，因此，在實際建筑設計中應對轉換層結構設計加以重視。本文對高層建筑結構轉換層的分類以及功能、帶轉換層的高層建筑結構設計分析探討。

關鍵詞：結構轉換層；高層建筑；設計；思考

隨著我經濟的快速發展，城市化進程得到了更深入發展，城市用地面積急劇減小，城市用地極為緊張，高層建筑的出現很好的緩解了城市用地緊張問題，其地位也越來越重要。近年來，高層建筑不斷涌現，結構裝換層是整個高層建筑結構的核心，起到了重要的連接作用，既是建筑上部結構的基礎又是建筑下部結構的頂板。在實際的建筑設計中，結構裝換層跨度較大且承受巨大的豎向承重載荷，是一種受力復雜、傳力不直接的不規則結構，易在地震作用下形成結構薄弱層或會軟弱部位，因而設計時需進行全面考慮。因此，需更為深入的研究高層建筑結構轉換層設計的要點，以求能夠更好地實現高層建筑的設計和發展。

一、高層建筑結構轉換層的分類以及功能

高層建筑中的轉換層具有擴大室內面積，提供較大出入口的功能。傳統的剪力墻結構的間距較小，比較適合對住宅客房以及旅館進行布置，而對于需要較大空間的會議室、購物中心、文化娛樂場所等進行布置時，就需要通過轉換層將部分傳統剪力墻轉換為框支剪力墻，以此來增大空間，滿足大空間建筑的功能需要。一般的，轉換的構件會在建筑的柱列周邊進行布置，轉換形式主要有桁架式、梁式、箱形、板式以及空腹桁架式等。

高層建筑中轉換層主要是為了將上下層結構進行轉換，上下層軸線進行轉換、柱網進行轉換等。在框架剪力墻結構中，通常采用將傳統剪力墻上部轉換為框支剪力墻來增大內部空間面積；而上下層柱網、軸線的轉變并未改變上下層的結構形式，只是通過改變轉換層的柱距來形成較大的柱網，這種轉換類型通常被用在外框簡底部來形成大入口；通過結構轉換層，將上面樓層的剪力墻結構轉變為框架結構，使上面樓層與柱網軸線錯開，從而形成上層、下層結構的錯位布置，實現轉換層的功能[1]。

二、帶轉換層的高層建筑結構設計分析

（一）過渡和防震設計

結構裝換層在建筑中起到上下連接的作用，通常情況下結構裝換層的受力情況比較復雜，因為它承擔著整座樓房的重量，倘若設計不能達到相關標準，建筑結構轉換層設計不合理，就會埋下抗震能力較弱的安全隱患。由于結構裝換層的跨度較大，截面也較大，怎樣在這種情況下實現裝換層的合理過渡和有效利用就成為轉換層設計的要點和難點。就目前來看，高層建筑結構裝換層的結構形式主要有桁架式、梁式、箱形、板式以及空腹桁架式等，桁架式一般使用在轉換梁構件上部負載較大且跨度較大的體系中，其優點是傳力途徑較為清晰明確，具有較強的靈活性；梁式一般使用在較大空間的剪力墻結構中，其優點是受力明確，缺點是適用性較差，對地震的反應較大；箱形一般使用在縱橫同時轉換的結構中，其優點是上下層樓板與單向或雙向托梁組合，缺點是組合結構較為復雜；板式一般使用在上下柱網軸線嚴重錯開，不能直接用梁承重的結構體系中，其優點是能夠靈活布置上下結構柱網，缺點是耗材較多，自重較大。在實際設計過程中，應根據實際情況進行合理設計和選擇[2]。

（二）模板支撐選擇設計要點

在高層建筑設計時，要根據建筑結構進行模板支撐的合理選擇。高層建筑的結構轉換層的結構極為復雜，鋼筋分布密集，耗材較大，自重和載荷都較大，因此要想實現結構裝換層的合理設計就必須要根據建筑實際受力情況確定模板支撐系統，以保障支撐系統的承載能力和自身的穩定性能。一般的，經常用到的模板支撐系統有載荷傳遞法支模、一次性支模、疊合澆筑法支模等，當然這幾種模板支撐系統也有各自的優缺點，需要在實際的設計當中應根據相關設計要求合理選擇模板系統，從而從最大程度上發揮出模板支撐對高層建筑轉換層的作用。

（三）結構轉換層鋼筋設計要點

在進行結構裝換層的鋼筋使用設計時，首先應對鋼筋的排列次序進行合理設計安排。鋼筋在梁柱節點部位較為密集，含鋼量較高且主筋較長，部分高層建筑結構轉換層設計使用工字鋼或是大直徑鋼筋。在高層建筑裝換層設計時，鋼筋次序的合理安排就顯得尤為重要了。在進行結構轉換層設計時，應對設計的相關要求進行全面的了解，合理確定綁扎的次序、制作尺寸，對鋼筋之間的避讓、穿插關系進行全面考慮。當結構轉換梁高度比較大或是轉換板厚度比較大的時候，應采取相應的設計措施穩定鋼筋骨架，以確保結構轉換層設計能夠滿足建筑設計的相關標準。

（四）設計應用實例

1、工程概況

某小區是一個以住宅為主，并集辦公、酒店、商業、教育等多種形式為一體的綜合項目。占地面積55124平方米，總建筑面積約為97620平方米，其中地上部分面積為71245平方米，地下部分面積為26375平方米。地下二層停車場，擁有480個機動車位，地上部分設置五個塔樓A1-A5，各個塔樓之間通過防震縫相分離。

2、結構設計

首先是進行結構布置和選型，該工程A4樓地面以上有30層，高為95.5米。塔樓結構框支層層高5.5米，標準層層高2.9 米，該塔樓通過設置防裂縫與其他裙樓相隔，地面以上部分建筑物稱十字形輪廓。塔樓設計使用框支剪力墻結構，根據建筑使用要的功能要求，將7層頂板進行剪力墻結構裝換。梁板混凝土強度設計為C35、C30，豎向構件混凝土強度設計為C35-C60。剪力墻厚度設置為250-300毫米，框支柱截面設計為1000×1400毫米，主要裝換梁截面設計為800×2000毫米、1200×1800毫米、1400×2000毫米、1500×1600毫米等。

樓蓋使用現澆混凝土梁板結構，設計塔樓核心筒內樓板厚度為150毫米，標準層板厚為100毫米。對建筑應力進行分析，將建筑裝換層以及上下相鄰兩層樓板厚度增至150、180毫米，并根據實際情況將混凝土強度等級適當提高，提高轉換層的整體穩定性。對于凹凸程度較大且十字平面布置的建筑，其扭轉效應會比較明顯，因而在設計時需結合建筑設計要求將L型剪力墻盡量布置在平面外輪廓的轉角處，將外框梁尺寸適當增大，并盡量布置上層剪力墻在框支柱處，使豎向結構能夠直接傳力，減小建筑剛度突變的幅度[3]。該塔樓共有20道需轉換的剪力墻，其中12道直接從柱位轉換，8道通過轉換梁進行了轉換。

結語：

所有的現代化進程，都將推動高層建筑向更高、更為復雜、功能更為多樣化的結構發展，以更好地適應現代化發展的趨勢，就必須要加強高層建筑結構轉換層的設計研究工作。轉換層的轉換形式復雜，而轉換層設計又是高層建筑設計的難點和重點，為保證高層建筑的建造質量，就必須要深入研究和掌握轉換層結構的設計要點，并在實際的設計當中中，合理設計布置裝換層，分析整體結構和建筑結構受力特點，做好高層建筑裝換層結構設計工作，實現高層建筑設計的又好又快發展。

參考文獻：

[1]牛喜山.帶轉換層的高層建筑結構設計探討[J].中華民居，2012，01：9+8.

[2]呂鵬，徐剛，劉洪亮.某帶轉換層的高層建筑結構設計[J].建筑結構，2013，S1：1284-1289.