解析高層建筑結構轉換層的結構設計

熊 濤

?

解析高層建筑結構轉換層的結構設計

熊 濤

桂林市建筑設計研究院

摘 要：本文從高層建筑轉換層的特點出發，重點對轉換層的結構設計問題進行探討分析，以供參考。

關鍵詞：高層建筑；轉換層設計；要點

前言

隨著城市化腳步的加快，高層建筑對于城市來說早已是屢見不鮮。對高層建筑設計轉換層更是當下必不可少的一項任務及要求，轉換層能更好的讓高層建筑發揮其優點和作用，方便了我們的生活。

1高層建筑轉換層特點

高層建筑轉換層主要特點：使樓層的上部結構荷載通過轉換層重新分配并傳遞給下部結構和地基基礎；由于轉換層剛度大、應力集中且力的傳遞突變，因此遇到偶然荷載（水平地震作用）作用時，轉換層受到較大外力和產生水平位移；轉換層梁柱和梁上墻節點較多，節點處的鋼筋錨固、插筋與變徑較復雜。若施工不當，會造成轉換層應力集中，產生裂縫、撓度超出規范要求范圍等現象。在一些地震多發區域，需對高層建筑的水平受力進行合理控制。整個建筑的樓層剛度、質量不允許出現突變狀況，需確保其變化的均勻性。在遭遇地震作用時，避免建筑物出現薄弱層，對整個結構穩定性造成不利影響。

2 轉換層的功能意義

2.1上、下層結構類型轉換

轉換層將上部剪力墻轉換為下部的框架，此結構多用于框—剪和剪力墻結構中，如此便可使得下部結構具有較大的內部自由空間。

2.2上、下層結構柱網布置的改變

轉換層上、下結構形式相同，通過它可以使下部結構的柱距擴大，形成大柱網空間。多用于商住樓，以形成下部的大空間用于商場、停車場等。

2.3同時轉換上、下層結構類型和柱網布置

上部剪力墻結構通過轉換層變成框支剪力墻結構的同時，上部剪力墻的軸線與下部柱網錯開，形成上下柱網不對齊的結構。多用于辦公樓，上部用于小開間辦公室，下部用于停車場或者大廳等。

3 高層建筑施工中需要注意的技術問題

3.1施工技術形式的選擇

高層建筑施工技術的合理應用是整個建筑行業良好發展的基礎所在，同時也是準確衡量一個國家建筑發展水平的重要指標。高層建筑其內部層數設計越高，相應的施工難度也就越大，因此對于建筑高度會產生極大限制的便是施工技術。在現今的高層建筑建設中，對于施工技術形式的科學選取極為重要。針對不同的施工項目、環境、功能布局要求，最終選取的施工技術也應有所不同。在高層建筑建設中，應確保技術形式具有較強的針對、安全性，以此確保整個工程施工的順利進行。

3.2施工管理體制的強化

現今我國的建筑工程管理水平已得到了極大的提升，但是不可否認的是，在其管理體制方面還存在著些許問題。一個科學、合理的施工管理體制的落實實施能夠全面保障整個建筑工程的施工進度及質量。強化高層建筑施工管理體制的系統化改革是有效提升管理水準的重要保障。

4 建筑結構設計中的轉換層設計原則

①在轉換層設計過程中應盡量減少結構轉換的豎向構件，應盡可能的多采用直接接地的構件，其能有效避免建筑剛度的減小，對建筑物抗震性能的提升有著重要的作用。

②轉換層的設計位置不能偏高，應盡可能的靠近底層位置。主要是由于建筑框支剪力墻結構的傳力途徑以及剛度發生變化時會直接造成轉換層成為薄弱層，很大程度上降低了建筑物的抗震性能。

③在進行轉換層的設計時應注意傳力路徑的明確性，并且確保轉換層的剛度。由于轉換層結構本身起到的是結構轉換作用，所以應保持其自身的受力平衡性。

④要對剪力墻以及框支剪力墻的比例進行綜合考慮，保證其橫_向落地剪力墻的數目超過橫向墻的50%。

⑤為了避免立柱柱角發生變形，在進行轉換層設計時應保持其上部柱子和剪力墻的對稱分布，將梁上立柱設置在轉換梁垮中，從而避免轉換梁變形作用下產生的支柱柱角變形加大。

5 轉換層結構設計要點

5.1梁式結構轉換層技術設計

①需要設計模板支撐系統。從結構的安全出發，必須要通過軟件或者是人工的精確計算來得出支撐系統的安全參數和支撐鋼管的橫截面和跨度、空間間距，從材料的利用程度考慮，要可以滿足到模版的數次周轉和裝拆卸的便利；從結構設計的方面考慮的話，要對比較難支膜的部分和隱蔽的分支節點要通過軟件得出詳細的設計圖。

②需要設計鋼筋的下料和綁扎方案。轉換梁縱筋直徑較大、數量較多、排數也多，箍筋直徑較大、肢數較多、一般全長加密，構造腰筋須按受拉鋼筋的錨固要求錨固在兩端柱子內，所以鋼筋的下料和綁扎比較困難。每一道梁式轉換層的鋼筋放樣和下的材料都應該符合國際規定或者是本項目的行業規范和設計圖紙的要求，必須先進行簡單的布局排列，找出符合實際操作的捆綁方式再進行實際的操作，以此來防止下料之后沒有按照一定的規則安置鋼筋，使得鋼筋沒有捆綁好，作用力不強，影響到了混凝土的鼓搗密實程度。

③設計混凝土的澆筑方案。轉換層的橫截面積和轉換內部的構件體積過于大的時候，混凝土的澆筑必須符合該項目的澆筑要求，一般一次澆筑完畢，可以保證結構整體性較好，但是這個方法會導致鼓搗不到位而影響到了梁柱體的美觀與質量，而且荷載會增加，對模版的安全系數也是一個很大的考驗，施工時應加以注意。

5.2桁架式轉換層設計

桁架式轉換層主要用于建筑不同功能區域上下部的連接，是由多榀鋼筋混凝土桁架組合而成的一種承重結構。一般情況下桁架的下桿的截面面積較小并且高度較高，所以這一結構形式的施工難度較大且工序較為復雜。在具體施工設計過程中，應對轉換層的內部結構進行綜合分析，并對其受力情況進行分析計算，從而保證設計符合建筑質量要求。

5.3厚板式轉換層設計

厚板式轉換結構雖然具有布置靈活、不需要正對下層結構的優點，但是其在施工設計過程中多需要的材料耗費較大，所以如果在采用厚板式轉換層結構時，應注意對其受力角度的分析，適當的加強其配筋量，同時也可以從抗剪力和抗沖切力的角度出發，減輕其受力程度，對其內力以及配筋量進行合理準確的計算，并從其經濟效益出發對其進行綜合考慮。

6 設計中應注意的幾點問題

6.1轉換層設置高度不宜過高

轉換層高度越高，使得轉換層對下部結構的動力特性影響越明顯，同時傳力路線的突變越大，使得下部結構更容易破壞；轉換層高度低的建筑，只需控制側向剛度比即可控制轉換層附近的層間位移角；對于轉換層高度更高的建筑，還須控制轉換層上下部結構的等效剛度比。轉換層高度越高，轉換層上下部結構在地震作用下的變形效應就越大，轉換層上下部結構等效側向剛度比的作用也就越小。

6.2柱宜直接落在轉換層主結構上

根據《建筑抗震設計規范》中第E.2.4 條規定：轉換層上部的豎向抗側力構件（墻、柱）宜直接落在轉換層的主結構上。即上部密柱宜與轉換桁架斜腹桿的交點、空腹桁架的豎腹桿在位置上重合。這樣使得結構的傳力路線明確，受力合理，且相鄰斜腹桿可形成拱效應，與豎腹桿共同承受豎向力，同時有利于提高結構抵抗地震豎向作用的能力。

7結束語

總之，轉換層結構設計問題一直受到人們的高度關注，在進行建筑設計的時候，要根據具體的實際情況，對轉換層設計高度重視，優化設計結構，保證建筑的質量和安全。

參考文獻：

［1］王紹君.帶轉換層高層建筑結構設計建議［J］.門窗，2014，01：380.