帶結構轉換層的高層建筑結構設計

劉濤

摘 ? ?要：隨著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。現代化進程會推動著高層建筑向更高、更復雜、功能更齊全、結構更多樣的方向發展，為了更好地滿足現代化的發展趨勢，就必須要加強高層建筑結構轉換層的設計研究工作。因此，在實際建筑設計中應對轉換層結構設計加以重視，以求能夠更好地實現高層建筑的設計和發展。

關鍵詞：高層建筑;轉換層結構;設計

1 ?高層建筑轉換層的具體結構形式

高層建筑轉換層可以實現結構變化較大樓層間荷載的傳遞，例如，某一建筑內上部結構為小開間，而下部結構為大空間的商業用房，這就需要在兩個樓層間設計轉換層，以實現上部框架結構與下部剪力墻結構間的荷載傳遞。研究發現，現代高層建筑的轉換層類型主要有梁式、桁架式、箱形、板式等。而在我國建筑中設置轉換層的建筑多數選用梁式轉換層結構。

研究發現，高層建筑轉換層結構具體如下幾種形式：（1）梁式轉換層，結構受力性能明確，施工便捷，對于抵抗地震有著明顯的效果，多應用在高層建筑底部空間較大的剪力墻結構體系中。（2）箱形轉換層，其主要是由上下層較厚樓板與單雙向托梁所組合而成的，受力結構相對較復雜，多應用在解決縱向與橫向結構的受力轉換建筑中。（3）板式轉換層。該種轉換層結構可以靈活地實現對上下層結構柱網的有效布置。但是，此轉換層施工耗材量較大，且結構自身也較大，其適用于上下柱網軸線錯開情況嚴重以及較難實現采用梁結構直接對上下結構進行承托的樓層中。（4）桁架式轉換層，該種轉換層結構傳力明確，且實際傳力途徑較為清晰，有著很強的靈活性，由于其構造特點，導致施工復雜程度較高，該種結構適用于轉換梁構架跨度較大且上層負載也很大的樓層中。

2 ?帶轉換層高層建筑結構設計注意要點

綜合一些震害研究、試驗及分析工作等可知，帶轉換層等的高層建筑結構由于豎向布置及剛度變化，在地震作用下受力復雜，這也對高層建筑的結構設計提出特殊的要求：（1） 減少轉換。布置轉換層上下主體豎向結構時，注意使盡可能多的上部豎向結構能向下落地連續貫通，尤其框架核心筒結構中核心筒應上下貫通。（2） 傳力直接。布置轉換層上下主體豎向結構時，注意盡量使水平轉換結構傳力直接，避免多級復雜轉換，慎重采用傳力復雜、抗震不利的平厚板轉換，如上下柱網確實無法對齊時，采用箱形轉換。（3） 強化下部、弱化上部。對于帶轉換層的剪力墻結構或筒體結構，可采取以下措施強化下部結構：加大筒體及落地墻厚度、提高混凝土強度等級、必要時可在房屋周邊增置部分剪力墻、壁式框架或樓梯間簡體、提高抗震能力;可采取以下措施弱化上部：不落地剪力墻開洞、減小墻厚等。（4） 優化轉換結構。當建筑功能需要以高位轉換，轉換結構宜優先選擇不致引起地震作用下框支柱（邊柱）柱頂彎矩過大、柱剪力過大的結構形式，如斜腹桿桁架、空腹桁架和扁梁等，同時要注意需滿足重力荷載作用下強度、剛度要求。（5） 計算全面細致。須將轉換結構作為整體結構中一個重要組成部分采用符合實際受力變形狀態的計算模型進行三維空間整體結構計算分析。必要時采用有限元方法對轉換結構進行局部補充計算，并注意模型邊界條件符合實際工作狀態。

3 ?高層建筑轉換層結構設計要點分析

3.1 ?抗震設計

由于高層建筑的轉換層會導致豎向上的剛度突變，在受到地震影響時容易成為薄弱點，影響到建筑整體的抗震性能，因此在設計時要注意以下 幾點：（1）盡可能減少豎向構件的轉換數量。只有增加直接落地的豎向構件的數量，才能夠有效減少其轉換結構與剛度突變的數量，進而改善建筑結構抗震性能。（2）在設置轉換層時，盡可能選擇高層建筑豎向位置上較低的區域。（3）為便于對結構進行分析和設計，保障施工質量的提升，應盡可能對轉換層結構進行優化，并選擇傳力途徑清晰的形式，在滿足安全性和經濟性的前提下盡可能降低轉換層的剛度。

3.2 ?轉換層總體結構設計要點

（1）下部主體剛度配置。由于豎向剛度的突變有著較為復雜的變化，因此在設計抗震措施時應確保上下主體結構滿足總剪切度的要求，這可以通過剪力墻的增設、豎向構件截面尺寸的增加以及混凝土強度等級的提升來實現。

（2）剪力墻的合理配置。設計人員必須注意傳遞上下剛度時剪力墻所造成的影響，其剛度的突變可以借助以下方式解決： 降低上部剛度，避免在上部進行剪力墻的設置，同時增加下部剛度，若條件許可還可以進行落地剪力墻的設置，此外還要確保其設置的均勻和對稱，避免太過集中。

（3）轉換層結構剛度的合理選擇。在進行轉換層的設計時，必須做到剛度選擇科學合理。若剛度偏大，豎向結構會激增，同時還會引發地震反應，引起受力情況的惡化、材料損耗的增加和成本的上升; 若剛度偏小，其上部豎向構件將會出現較大的沉降差，在引發水平構件中次應力的同時增加配筋。

3.3 ?構件設計

（ 1） 框支柱設計。框支柱是轉換層結構中非常重要的部分，能夠極大地影響結構整體安全性能。由于受到多種因素的綜合影響，樓板會在實際施工過程中出現形變，剪力墻也有較高幾率產生裂縫，這都會引起剛度的降低，進而增加框支柱剪力。所以，在進行結構的實際設計過程中，必須參考相應的設計規范和標準，確保框支柱抗剪能力的提升。不僅如此，還應將框支柱上方墻體縱筋向墻體內層延展，這可以顯著強化轉換層的連接關系。

（2）框支梁設計。作為荷載的傳輸紐帶，框支梁能夠大幅強化框支剪力墻所擁有的抗震性能。由于剪壓比能夠在一定程度上影響到框支梁的截面尺寸，因此框支梁的截面高度需要通過計算得出。總的來說，框支梁截面的受力相對復雜，其所承受的力也較大，因此在設計結構時必須充分考慮受力情況。框支梁是減震、抗震的重要構件，能夠大幅提升抗震性能，因此具有著較重要的設計意義。在進行實際施工時，應依照強剪弱彎的原則，增加箍筋的數量，確保其與縱筋數量達成平衡。

（3）轉換層樓板設計。通過轉換層，框支剪力墻可分為兩部分，其上部和下部的受力存在差異。在上部，外部荷載所帶來的水平力的分配是依照剪力墻剛度的不同而進行的;在下部，落地剪力墻所具備的剛度差異較大，水平剪力的大多數都是由這一結構承擔，位于轉換層結構的荷載分配也相當不均。總體來說，轉換層的樓板負責的是上、下剪力的分配，其使用過程中出現的變形幅度相對較大，所受的力也較強，因此只有確保其具有足夠大的剛度才能確保轉換任務的完成。在進行梁式轉換層筒體結構的設計時，應依照框支剪力墻的框支框架來確定其轉換梁、轉換柱的抗震等級。

4 ?結束語

隨著我國城市化進程的深入發展，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地緩解了城市用地緊張問題，其地位也越來越重要。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，合理設計布置轉換層，分析整體結構和建筑結構受力特點，實現建筑設計的良性發展。

參考文獻：

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