帶結構轉換層的高層建筑結構設計

張云龍 熊英豪

摘要：在當前城市的建筑中，高層建筑的建設越來越廣泛，其功能性極強，多功能的建筑在設計時，需要對其內部結構進行合理布局。高層建筑在結構方面，為了滿足特定的建筑功能，通常會設計結構轉換層。所以在高層建筑的設計施工中，設計人員必須對結構轉換層設計進行探討，以保證建筑的質量和使用安全。

關鍵詞：結構轉換層;高層建筑;結構設計

前言

雖然我國當前社會經濟的發展形勢良好，人們的日常生活質量也在不斷提升，但是土地資源以及其他各種不同類型能源的消耗量也越來越大。在這種形勢下，建筑行業將高層建筑作為未來發展的主要趨勢。在高層建筑建設過程中，都會利用帶結構轉換層的設計方法，該

設計方法不僅可以增強建筑物自身的功能，而且還可以將建筑物在實際應用中的作用和價值充分發揮出來。但是在建筑結構的設計過程中，部分設計師的專業技術水平并沒有達到標準要求，同時還會受到各種不同類型因素的影響，導致設計質量很難得到保證。

1建筑結構轉換層的作用

1.1增加底層建筑空間

目前，我國經濟發展速度越來越快，隨之而來的是很多年輕人都涌向了一線城市，導致一線城市住房緊張，所以國家為了解決這個問題，開始大量建造高層建筑。高層建筑顧名思義，就是它們的樓層比較高，又因為高層建筑的上下功能存在不一樣的狀況，下部為大空間商業店鋪，上部為小空間住宅，這就需要在下部設置建筑結構轉換層，以滿足底層建筑功能大空間的需求。

1.2增加出入口的寬度和數量

目前，我國一線城市建筑基本上都是高層建筑，但是部分高層建筑并不安全，因為它們的出口數量和寬度都不夠，不利于人們的進出，容易出現擁堵的情況，所以建筑結構轉換層的另一個作用就是增加了出入口的寬度和數量，同時提升了人們進出的便利性。

2高層建筑結構轉換層類型

2.1框架結構轉換層

此種結構轉換層最為突出的優勢就是良好的抗震性能，應用此種結構轉換層能夠滿足高層建筑工程對于抗震的實際需求。此種轉換層的內部結構是巨柱型，在應用過程中起到重要支撐作用的結構主要是下層柱體。在工程施工期間，施工人員必須對轉換層的下方框架結構實施加固處理，以滿足結構穩定性要求。當前框架結構轉換層的應用效果比較突出，未來可能會發展成為業內應用主流。

2.2梁式結構轉換層

對于高層建筑來說，進行垂直轉換施工的時候，一般需要使用梁式結構轉換層。這種結構轉換層也是應用比較廣泛的類型，其具有良好的作用力傳遞性能，能夠應用在不同樓層當中，有效保障各樓層結構的穩定性。在此種轉換層中，墻體上層位置的受力能夠通過不同結構傳遞到柱體最下方。梁式結構轉換層的應用成本相對較高，在應用過程中占據了較大的市場份額。

2.3板式結構轉換層

在高層建筑中，上下樓層結構之間存在較多柱網，此時必須要應用板式結構轉換層來平衡各樓層之間的受力狀態。在應用此種結構轉換層的時候，需要注重工程的抗切和抗剪需求，轉換層結構厚度最多不得超過2.8m。板式結構轉換層具有良好的靈活性，但是其重量較大，應用期間需要使用多種輔助材料。

3帶結構轉換層的高層建筑結構設計要點

3.1結構轉換層類型的選擇

轉換層的結構有以上多種形式，且具有各自的設計優缺點和適用范圍，箱型和板型過渡層的應力相對復雜，對設計的計算要求較高，且混凝土施工成本較高，因此相比梁型轉換層作用力簡單，從設計和施工及成本上來說可優先考慮。總之，在設計過程中要科學確定轉換層結構的形式，結合高層建筑物的轉換層實際情況和施工成本控制來合理確定。

3.2結構布置

高層建筑須注意對地震的防控，因為轉換層超過3層時，易形成薄弱層，抗震性能會下降，因此要合理確定框支剪力墻高層建筑結構地面上的空間層數，避免高位轉換，根據抗震等級劃分，8度區要低于3層，7度區低于5層，6度區樓層可適當增加，豎向分段布置時，可形成大套小的巨型框架結構，也可間隔布置成錯列墻梁或桁架式框架結構，平面布置時，形式較為多變，為擴大底層入口，過渡上、下層柱列的疏密不一，可在周邊柱列和角筒上，也可縱橫向或與相鄰層錯開間隔布置，還可與建筑柱網協調布置，相鄰層互相垂直布置、懸挑布置，無論選用哪種形式，都應保持與相鄰層柱網的統一性。

3.3構件設計

框支柱設計，作為對結構整體安全性有重大影響的結構部分，其本身設計需考慮的因素也較多，為降低因裂縫和樓板形變而增加框支柱剪力的可能性，需參考相應的設計規范和標準完善框支柱設計，提升框支柱抗剪能力，強化轉換層的連接關系。

框支梁設計，框支梁截面的受力相對復雜，作為荷載的傳輸紐帶，受力也較大，設計時須充分考慮受力情況，通過精確計算確定剪壓比，以選定合適的框支梁截面尺寸和高度，并注意提高剪力墻配筋率的準確度，合理平衡剪力墻的箍筋和縱筋數量，依照強剪弱彎的原則，充分發揮框支梁的減震、抗震性能，降低外力因素對結構轉換層的影響，提高結構轉換層主體的穩定程度和安全系數。

轉換層樓板設計，結構轉換層的上下部受力差異較大，通過轉換層可對框支剪力墻上、下剪力起到很好的分配作用。由于轉換層受力較大，因此須保證足夠的剛度，特別是當高層建筑銜接層中有比較薄的樓板時，需合理控制轉換層樓板厚度來提高樓板的抗壓性，以確保轉換任務的完成。

3.4抗震設計

結構轉換層的上下部的剛度會發生突變，在發生地震時這一缺點將明顯暴露，極大地危害房屋穩定性，為此在考慮轉換層的抗震性能時需遵從以下2點設計原則。

（1）減少轉換。采用一些直接接地的設計，保證上部豎向結構向下落地連續貫通可有效避免使用較多的豎向轉換構件，如框架核心筒結構中核心筒上下貫通，可減少其轉換結構與剛度突變的數量，避免形成抗震薄弱層。

（2）優化轉換結構。斜腹桿桁架、空腹桁架和扁梁等結構形式在地震作用下的框支柱柱頂彎矩和柱剪力相對較小，當建筑功能需以高位轉換時可優先選用這幾種設計形式，并選擇傳力途徑清晰的形式，傳力直接，避免多級復雜轉換。

4加強帶結構轉換層的高層建筑結構設計的幾點建議

4.1分考慮不同層受力狀況對于轉換層的影響

由于高層建筑結構轉換層在設計時需要考慮的因素很多，而且在設計項目上很復雜。因此在設計時首先要進行相應的受力計算和受力分析，保障高層結構轉換層的設計能夠承受相關力的作用。承載力的計算對于建筑設計來說至關重要，如果受力計算不合理，直接導致設計出現問題，在實際施工過程中就容易出現塌方師傅。

因此這就需要相關設計人員在進行結構轉換層的設計過程中，根據實際項目的設計需要，不斷加強對于轉化層的受力分析，同時對于帶結構的高層轉換層的周圍壓力值精確計算，一定要保障這個設計的壓力值在允許的范圍內。可以在結構轉換層中加入一定重量的鋼筋等剛度材料，從而提高轉換層的硬度和強度。為了更好地進行設計，相關設計人員需要考慮施工材料和施工技術對于受力情況的影響，只有做到這樣才能更好開展設計工作。

4.2合理布設剪力墻，保證轉換層整體結構的合理性

在進行高層建筑結構轉換層的設計時，對于剪力墻的布置是有相關要求的，它最重要的功能就是突出了轉換層的整體結構。在設計過程中具體需要遵循以下幾個原則，第一要保障剪力墻框架柱的密度均勻，與轉換柱的之間的距離和角度都要控制一定的范圍之內，一般情況下，剪力墻和轉換柱的之間的距離要控制在11米左右。根據高層建筑的整體空間布局，實際的設計方案需要滿足項目對于剪力墻的實際要求，只有設計好剪力墻，才能保障地下結構的抗壓能力，從而更好的保障項目的最終質量。另外在設計轉換梁的過程中，必須保證梁體的整體結構能夠承受相應的應力，控制短肢墻的內力在合理的范圍內。

結語

當前城市的建筑中，高層建筑的應用已經越來越普遍，高層建筑的設計和施工比較復雜，帶結構轉換層的高層建筑的設計與施工更是復雜，因此在高層建筑的結構設計中，設計人員必須要對結構轉換層進行合理設計，以保證結構的安全可靠。

參考文獻

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