高層建筑混凝土結構轉換層設計要點

陳超

（江西省建筑設計研究總院 江西南昌 330046）

前言

在現代城市的建設呈現高速發展的態勢下，社會和公眾也對建筑物的建筑形式有了不一樣的需求，而城市的用地卻還是一如既往的緊張，因此就要求同一棟高層建筑需要通過結構的豐富來同時提供多種功能，滿足社會和公眾的需求。轉換層由此應運而生，通過轉換層來實現多個功能區的相互獨立。轉換層在不同功能區之間起到過渡作用，但轉換層也會對在一定程度上影響建筑的抗震性能，因此轉換層結構的設計尤為重要。

1 轉換層結構介紹

1.1 轉換層結構的來源

在現代高層建筑的設計過程中，建筑結構的形式日趨多元化，而混凝土結構轉換層的出現就是為了使高層建筑物在使用性能上能夠得到較大的提升，運用轉換層將整個高層建筑的內部空間劃分為兩個空間，其中一個空間是將高層建筑的底部數層設計為一個大空間，例如商業綜合體，另一個空間是將高層建筑的上部各標準層設計為小空間，例如高層住宅，但這樣分隔的空間設計會使得構成高層建筑上部樓層的部分豎向構件剪力墻，框架柱，無法直接落地與結構基礎相連，如此一來就需要混凝土結構轉換層的設計來實現兩種結構體系的過渡轉換。

1.2 轉換層結構的特點

首先，高層建筑中的混凝土轉換層結構均需要按抗震設計，并進行相應的抗震構造措施處理。而規范中，對部分框肢剪力墻結構的最大適用高度，也提出了相應的要求。在現代高層建筑中，建筑物的荷載要求很大，因此轉換層的大梁與支承柱二者之間的連結處應力相對來說較為集中，如此一來，混凝土結構轉換層便容易導致抗震不利因素的產生，因此需要對混凝土轉換層結構的設計進行相應抗震處理，框肢剪力墻轉換層設置的高度，轉換梁、框肢柱的最小截面，配筋率，以及通長鋼筋等，高規中均予以明確要求。

2 轉換層結構設計要點

2.1 結構類型的選擇

為了確保高層建筑中混凝土結構轉換層能夠符合建筑質量和建筑要求，達到高層建筑結構的安全性和經濟性要求，進而使該高層建筑設計符合建筑物的功能性要求，因此對于混凝土結構轉換層的結構類型選擇時應當更加慎重，結合個案即高層建筑的具體功能要求、具體條件來選型。

2.1.1 箱形轉換層結構

從箱形轉換層結構整體來看，這一結構最大的優點是能夠確保高層建筑中的上層建筑部分的豎向構件的向下傳力得到有效進行，但是在箱形轉換層結構的設計過程中，其內部結構設計較為復雜，對于其內力分析也十分繁瑣。與此同時，目前中國建筑行業中，對于混凝土結構箱形轉化層的實踐技術研究處于起步階段，包括設計和施工等各個方面都不太成熟，因而實際操作應用的難度較大。

2.1.2 厚板轉換層結構

從厚板轉換層結構整體來看，這一結構是三種混凝土結構轉換層中最不宜選擇的一種結構。首先，使用厚板會轉換層以及相鄰上下層使所用混凝土和鋼筋的總量大大增加，從而使投資成本大幅度提升，經濟性較差；其次，和箱型轉換層結構一樣，厚板轉換層結構的內部受力分析也同樣較為復雜。

2.1.3 梁式轉換層結構

從梁式轉換層結構整體來看，這一結構是三種混凝土結構轉換層中最具經濟性及合理性的一種結構。首先，梁式轉換層的內部建筑空間布置相對較為靈活，對建筑功能影響較小，同時，梁式轉換層采取轉換梁的方式來設計，使得高層建筑的上部建筑的豎向構件進行傳力的路徑較為清晰，能夠滿足高層建筑混凝土結構轉換層的抗震各項指標；其次，梁式轉換層較其他兩種混凝土結構轉換層而言，它的設計難度和具體施工的難度都相對較小，是高層建筑混凝土結構轉換層的最優之選。

2.2 轉換層結構的設計原則

在進行高層建筑混凝土結構轉換層的設計過程中，需要注重轉換層上下豎向結構的合理設置，保證落地剪力墻的數量百分比，以此來解決建筑豎向結構構件的剛度突變，如果無法進行內部結構的合理設置，將會導致該高層建筑的豎向剛度發生突變性的轉變，出現抗震不利的薄弱點，影響該高層建筑整體結構的抗震性。

在高層建筑混凝土結構轉換層的設計過程中，最應當遵循的原則就是對轉換層的上層和下層的兩部分建筑的剛度比進行嚴格的控制，通過對它們剛度比的控制，來使整體建筑豎向構件的抗側力能夠得以提升，從而降低整體建筑豎向構件的剛度突變性，如此一來可以使整個高層建筑混凝土結構的整體性，剛度比，位移比滿足規范要求。在高層建筑混凝土結構轉換層的設計過程中，還應當通過設計來使高層建筑上部建筑的豎向構件相對減少，以此來降低轉換層結構的剛度差值，進而有效避免混凝土結構轉換層的剛度發生突變性的轉換，以此來實現高層建筑混凝土結構轉換層較難實現的抗震性功能，使高層建筑的抗震需求得到最大程度上的滿足。

在高層建筑混凝土結構轉換層的設計過程中，還應當對轉換層梁柱截面進行重點的設計與控制，一般而言，轉換梁高度不應小于其計算跨度的1／8，，截面寬度不宜小于其上墻體截面厚度的2倍和400mm的較大值。轉換梁也不宜開洞，若無法避免，洞口邊離開支座柱邊的距離不宜小于梁截面高度，被洞口削弱的截面也應進行承載力驗算，并予以加強。轉換柱在滿足普通柱的抗震要求之外，對截面，最小箍筋直徑，箍筋間距以及體積配股率提出了更高的要求。

3 總結

在現代社會中，城市建筑的高度始終呈現逐漸增加的態勢，為了使高層建筑物能夠得到合理和最大限度的利用，對于其結構形式的要求也變得愈加復雜。混凝土結構轉換層便是非常實用的一種建筑結構形式，它可以使高層建筑的功能不再單一，實現高層建筑的功能性轉換，實現多個功能分區在同一個高層建筑物的建筑空間中并存。對于轉換層的設計要點，無非是進行結構選型以及結構設計所必須遵循的原則，只有根據實際情況慎重選擇轉換層結構類型，并在設計及施工全程遵循設計原則，才能使高層建筑混凝土結構轉換層達到設計要求、成為高層建筑整體質量的促進者。