帶結構轉換層的高層建筑結構設計分析

文/王曉磊 青島騰遠設計事務所有限公司 山東青島 266000

當前人們的生活質量逐漸提高，對建筑的要求也越來越高，其中建筑的結構設計具有重要的作用，尤其現代建筑的發展呈現出了多元性的特點，這使建筑的功能增多。為了使人們的居住需求得到滿足，需要建立多種建筑設施，使建筑的結構具有更好的效果，通過帶結構轉換層的建筑設計，發揮出建筑設計的價值，使高層建筑的整體水平提高。

1、結構轉換層的作用

一般來說，高層建筑的樓層越高，受到的力越小，中部以及下部樓層受到的力較大。具體來看建筑中每個樓層受到的力的情況之間存在差異，因此，在建筑結構設計中需要采用加強高層建筑結構剛度的方式來進行設計，使結構中的梁、柱更加穩定。在較高的位置，需要減少墻、柱等部分的安置數量，使建筑結構的整體穩定性提升。轉換層也叫做過渡層，可以使下部結構的穩固性能加強，并且提升支撐的能力。由于建筑的設計需要，下部的空間墻體比較多，上部的豎向構件不能直接貫通落地，需要將墻、柱減小，使剛度降低，這也是高層建筑結構中的特點所決定的。將水平轉換結構和下部的豎向構件進行連接，使建筑的結構可靠性加強。這種結構和一般的建筑結構設計中存在差異，設計者通過這種水平結構轉換構件的形式進行設計，使建筑結構的整體質量提高。

2、高層建筑轉換層結構的設計類型

2.1 箱式轉換結構

箱式轉換結構一般是由單箱托梁以及雙向托梁所組成，這種結構可以使轉換層的剛度加強，同時使結構具有良好的完整性，使結構的受力更加的均勻，同時提升了結構整體的穩定性。黨高層建筑的上層結構比較復雜的時候，會使垂直的外力傳遞受到一定的影響，在布置中需要占據較大的空間，還會使樓層的功能受到影響，一般只能將其作為設備層。垂直向構件的剪力墻和其他的設備、管道的設計位置出現重疊現象，導致施工的難度提高，同時提升了成本，內力部分也比較復雜，在分析的時候會出現一些困難，因此，這種結構在實際的設計中不廣泛。

2.2 梁式轉換層結構

梁式轉換層結構是使外力通過垂直傳遞的形式使墻變為梁，這種結構可以提升承載力。在應用中這種結構具有良好的作用，包括加強外力傳遞效果等，使建筑結構的受力得到有效的均衡，在進行結構設計的過程中，內力分析與計算的難度會因此而減少，更利于進行設計，同時降低了建設所需的成本，因此在建筑行業中使用范圍較大。一般來看，高層建筑中的轉換層結構應用的基本為梁式轉換層結構，這種結構的比例占據了約80%。根據結構的功能以及材料等的不同特點進行分類，梁式轉換層中包括較多種類，包括托墻、托柱、加腋型和不加腋型、鋼筋混凝土型等，針對不同的建筑設計要求采用的不同的設計方式。轉換梁主要是為了承受垂直的外力，因此受力特點和外力的作用等具有一定的聯系，在設計的過程中，需要根據應力、剛度以及強度等方面進行設計，對建筑各個結構位置受到的力的情況以及工程中的實際施工需求進行選擇，使結構能夠在設計中提升性能，并且具有較好的受力特點。

2.3 桁架式轉換結構

桁架式轉換結構屬于梁式轉換層的另一種結構，在應用中，這種結構具有與其不同的特點，承重結構通常是由榀量比較多的鋼筋混凝土桁架構成，因此結構具有更好的穩定性，在設計中可以加強建筑結構的強度，轉化層的上層和下層部分需要安裝上弦桿、下弦桿，還需要在轉換層中間加入腹桿，這種結構和梁式的比較，具有更好的作用，同時呈現出了整體特點。這種結構在設計中可以使力的傳播更加的清楚，同時使設計環節變得更加簡便，由于桁架的高度比較高，因此，可以有效的減少下弦桿的截面面積，設計上可以使空間得到高效的利用，轉換層的功能也會增多。這種結構的重力比較小，使得承載性能加強，在管道安裝完成之后，具有更好的抗震性，同時使結構的穩固性提高，在應用中，桁架式轉換結構具有一些缺點，設計的原則為強斜腹桿和強節點，使節點的荷載情況的影響因素增加，這種條件下，節點的荷載會提高，導致設計的出現一定的困難，當建筑設計中的樓層高度比較低的時候，斜壓腹桿出現超短柱的情況，發生地震的時候，會使節點部分變得不穩定，使結構容易受到損壞。

2.4 厚板式轉換結構

高層建筑結構上下層的柱網的分布不均勻，同時軸線的分布也比較復雜，這種情況下需要選擇有效的轉換結構進行設計，采用托梁結構進行設計，承托的效果不能達到要求，因此需要提升托承板的厚度，為了使設計的目標實現，需要將托板的厚度擴大，使設計的效果加強。這種結構在應用中上層柱網的布置不需要進行規定中的處理，在操作中效率比較高，具有更好的作用，但是在應用中存在一些缺陷，包括結構的傳力的路徑不清楚，會使設計受到影響，難以實現準確有效的設計，利用有限元方式進行分析的時候，其中存在一些不良的因素，對計算分析造成影響，這使設計工作的進行的困難增加。承力柱墻以及連接的部位需要設置配筋，使這部分結構的性能加強，達到建筑結構設計的要求。通常情況中，轉換板的厚度比較大，同時自身的重量比較大，在設計中需要考慮這部分結構的特點，使結構的穩定性加強，并且提升轉換層的縱向承載力。在結構中使用的材料為混凝土材料，使用的量比較多，造成成本增加的現象，在應用中還可能會出現裂縫，或者存在混凝土脫落的問題。

結語：

高層建筑的結構層使用極為廣泛，在帶結構轉換層的設計中，需要對建筑的結構轉換層進行充分的分析和了解，使結構的轉換層設計具有更好的效果，提升了建筑結構設計的質量，為建筑的建設帶來了良好的條件。