淺談高層建筑結構轉換層的設計應用

【摘要】隨著我國城市化建設的不斷發展，高層建筑成為城市化發展進程中重要的標志，高層建筑結構形式的應用范圍也越來越廣泛，但是高層建筑通常是通過住宅小開間和商業大開間的合理應用形成的，從豎向上來看有著很明顯的變化和不同，為了更好的解決剛度的變化和不同對高層建筑產生的負面影響，需要在高層建筑結構設計中應用轉換層或轉換構件來實現，因此，本文對高層建筑結構轉換層的設計進行了分析和研究。

【關鍵詞】高層建筑;結構轉換層;結構設計

城市化發展為高層建筑的出現提供了便利，由于高層建筑在作用和功能方面有著明顯的差別，在高層建筑結構設計中應采取可靠措施保證傳力路徑簡潔明確，且方便施工操作的設計思路。現階段，在我國的高層建筑建設過程中，轉換層技術使用頻率越來越高，通過應用該技術可有效提高高層建筑使用效率，且隨著工程技術不斷發展，結構轉換層的實施方法也越來越豐富，但是在實施高層建筑結構轉換層的過程中，需要注意很多問題，如設計構件的應力分析，構造措施的切實保障，相關施工技術人員的技術問題，實施方法情況等等。而科學合理的對高層建筑進行規劃，建筑結構設備等各個專業協調設計可以更好的實現結構轉換層的作用，從而提高建筑功能的使用效率和工程質量。

1、高層建筑結構轉換層的基本概述

1.1高層建筑結構轉換層介紹

不同的轉化構件及結構形式會對高層建筑的功能產生不同的影響和作用，因此要根據高層建筑的實際功能和作用來調整結構設計。在現代化高層建筑的建造過程中，很多高層建筑都有著不同的作用和功能，因此就需要在建筑設計過程中對不同的功能和作用進行劃分，以此來保障高層建筑物中各個功能區域得到科學合理的劃分。而這一作用的實現就離不開結構轉換層的設計。因此，在實施結構轉換層建筑結構設計的時候，需要根據不同高層建筑的實際作用和功能進行合理的應用。結構轉換層主要是對高層建筑中的結構形式進行調整和變換，如各個樓層之間的結構承重構件不相同，就需要設置不同的網軸。但是結構轉換層就可以同時具備網軸線的變化和結構轉換的作用和功能，這樣就需要在高層建筑設計中進行轉換層設計。比如上部剪力墻結構部分墻肢需要轉換為框架柱等。

1.2高層建筑結構轉換層設計特點

和普通的建筑結構轉換層相比，高層建筑結構轉換層的截面高度比較大，并且垂直荷載和橫跨面積都比較大。另外，對鋼筋的排布情況和鋼筋強度都有著比較高的要求，對結構轉換層的具體支撐能力有了很高的要求，這在很大程度上加大了高層建筑結構轉換層的施工難度系數。并且在不同的高層建筑施工階段，結構轉換層可以承受的上部荷載有所不同。此外還會受到建筑澆筑混凝土因溫差變化而出現裂縫問題的影響，所以，一般情況下采取降低混凝土水化熱的方式，再根據鋼筋負荷情況和骨架跨度情況等來進行穩定性的控制，以此來保障結構轉換層更好的實施。

2、高層建筑結構轉換層設計規范要求

2.1結構布置方面

首先需要對底部的空間框支剪力墻高層建筑結構地面上的空間層數進行科學合理的設定，如在8度的時候一般不可以超過3層，在7度的時候不可以超過5層，并且底部的轉換層框架結構位置也要適當的作出調整。另外，結構轉換層上下部分的側向剛度比也需要進行嚴格的控制，當轉換層設置在1、2層時，可近似采用轉換層與其相鄰上層結構的等效剪切剛度比γe1表示轉換層上、下層結構剛度的變化，γe1宜接近1，非抗震設計時γe1不應小于0.4，抗震設計時γe1不應小于0.5[1]。

2.2截面設計

轉換柱的截面設計是有一定限制條件：在配筋構造方面，柱內的縱向鋼筋配筋率也有嚴格要求;另外在進行抗震設計的過程中，轉換柱也是有一定要求：箍筋的直徑要不小于10mm，并且箍筋間距不大于100mm，同時也要小于6倍的縱向鋼筋直徑的最小值，還需要根據轉換柱的抗震等級進行內力調整等。

2.3結構轉化層設計

在進行轉換層設計的過程中應減少豎向轉換構件，盡可能多的將豎向構件落地。可以通過采用一些直接接地的設計，以減小建筑豎向剛度的變化，從而提高高層建筑物抗震性能;其次，在進行高層建筑結構轉換層設計的時候要重視傳力路徑的直接有效，在保障轉換層的剛度符合標準的情況下，對結構轉換層的受力進行合理分配[2]。

2.4換層結構設計注意事項

在高層建筑結構轉換層設計中除了要做好結構形式方面的設計之外，在實際的建筑設計中應該結合實際進行針對性的高層建筑結構轉換層設計，在設計的過程中應該注意以下幾點：

第一，因為在高層建筑中轉換層的使用會造成豎向的剛度變化，尤其是在遇到地震等外在的荷載時，很容易在薄弱部位形成結構損傷，從而讓整個高層建筑的抗震性減弱，因此，在進行轉換層設計的時候，應該盡可能的減少豎向轉換構件的應用，提高高層建筑的抗震性。

第二，為了增強高層建筑的抗震性，在進行轉換層設計的過程中還應該注意轉換層結構上下層結構的剛度變化，并對剛度進行有效的控制，盡可能的減少地震對高層建筑產生的危害。所以在轉換層設計的過程中，常采取大尺寸的截面，增強混凝土的強度，并通過增加剪力墻等等方式來加強剛度。

第三，要對轉換層結構的剛度突變進行合理控制，使其在合適的范圍內，剛度突變在發生地震的時候會使得高層建筑震害加大。

3、高層建筑結構轉換構件設計分析

3.1嚴格控制混凝土溫度

高層建筑結構轉換層的施工過程中，混凝土構件內力會受到溫差變化的影響，尤其是在大體積混凝土構件施工過程中，因此這就需要對混凝土的溫度進行嚴格的控制，并且根據實際的需求情況來對混凝土的溫度情況進行檢測和控制。在這個過程中要對混凝土中的水泥水熱化情況進行監測和控制，還要對澆筑過程中的溫度進行把控，以此來確保混凝土施工過程中的溫度在適合高層建筑施工的溫度需求范圍內，以此來保障高層建筑結構轉換層的施工質量[3]。

3.2完善鋼筋連接施工技術

在高層建筑結構層轉換的施工過程中應該對鋼筋連接技術的實施進行不斷的完善，首先在鋼筋的連接過程中，要根據實際情況對板鋼筋的連接進行搭接接長工作，保障主筋是通過電渣壓力來進行焊接接長的，在處理梁筋的時候，應該通過直螺紋機械來進行連接，以此來保障施工過程中所有的程序和結果都是嚴格的按照相關的數據進行的。

高層建筑結構轉換層的設計對整個建筑來說是重點也是難點。可根據高層建筑結構轉換層的結構情況來采取不同方式的設計，如梁式、箱型、空腹桁架式和板式等，通常來說，轉換梁的使用比較頻繁，因為傳力途徑更為清晰明確，在使用的過程中也比較的方便和靈活。這些抗震手段和方法的選擇要根據高層建筑結構轉換層實際的需求情況來實施，以便更好的發揮出結構轉換層的作用。轉換構件的設計一般需要不同計算軟件進行對比分析。

結語：

通過上文的分析，可以了解到在高層建筑中，結構轉換層需要根據高層建筑的實際功能來實施，并且結構轉換層的實施還會受到多方面因素的影響，讓相關的技術人員真正的認識到結構轉換層的作用，從而充分的發揮出結構轉換層的作用和效果，并且充分發揮出高層建筑的功能，實現高層轉換建筑工程的安全、適用、經濟的設計理念。

參考文獻：

[1]《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010，中國建筑工業出版社

[2]呼延競飛.帶結構轉換層的高層建筑結構設計[J].中國新技術新產品，2016（10）：116-117.

[3]鄭欽泉.高層建筑結構轉換層施工技術研究[J].建材與裝飾，2018（18）：112.

作者簡介：

王運成（1982.05-），男，漢族，碩士研究生，結構工程專業。