建筑转换层结构的相关设计问题探讨

王守辉柴传政

（兰州军区空军勘察设计院）

【摘要】建筑转换层结构是因上下部结构不同的楼层而存在的进行转换的楼层，本文就转换层的结构设计进行探讨，针对建筑转换层的设计、布置以及其他方面进行研究，并根据这些设计方面存在的问题提出相应的解决措施，改善工程的设计水平和构建质量。

【关键词】转换层；结构布置；设计

1引言

随着近几年的发展，人们生活水平不断提高，对居住环境以及工作环境开始有了更高的要求，因此建筑结构开始变得复杂化，建筑的功能性也变得多种多样。由于现在的建筑以高层建筑为主，而高层建筑因跨度、空间、用途等问题出现上下部的差异，所以就必须满足上下结构体系的转换，于是就出现了为了上下部转换而存在的转换层。这种满足建筑内部需求的转换层开始不断应用于各类建筑，其设计问题也开始不断凸显。

2建筑转换层的设计原则和结构特点

2.1设计原则

由于建筑结构层的设计不当会导致不同程度的建筑物突变情况，使得建筑物的坚固度和抗震度受到影响，所以建筑转换层应遵循的原则有以下几个方面。

2.1.1转换层在建筑中的竖向位置应当稍低而不应当过高。

2.1.2减少需要进行结构转换的竖向构建，因为直接落地的竖向构建越多，整个建筑所需的转换结构就越少，从而可能造成的建筑突变量也会减少，更利于抗震。

2.1.3在工程建造过程中，应当根据建筑物的实际需求情况来选择换曾的结构形式，从而使得工程能够在规定期和规定金额内完成，同时应注意转换层的竖向刚度应选择小的转换刚度而不是大的转换刚度。

2.2结构特点

墙梁体系、梁一柱体系、厚板转换体系、桁架体系等都为建筑转换层的主要分类形式，在这些建筑转换层结构中梁一柱体系是现今最常用的体系。而按照建筑转换层结构功能的不同又一般分为以下几类：根据建筑物的上下部分的柱网的大小不同，而上下层之间又要达到相同结构类型的效果，因此需要转换层来达到这一目的。所以就会通过加大下部的柱子之间的距离或通过其他方式来设计转换层。

3建筑转换层结构设计中可能存在的问题

3.1建筑转换层结构中的抗震设计

自五一二汶川地震之后，广大消费者对建筑物的抗震性有了更高的要求，而对于带了转换层的建筑结构中，因为存在着转换层，所以对于建筑物的竖向结构会导致竖向刚度的受力不均，转换层的承载力的不均会导致传力路线曲折、变形以及其他程度的破坏，因此转换层是整个建筑物中最薄弱的抗震点，所以转换层建筑结构的抗震设计应当注意以下几个方面。

3.1.1水平地震

在对建筑转换层建筑的抗震设计时，特别不利的一个条件就是高位转换时所形成的结构受力不均问题。在通过大量计算证明之后，在水平地震的作用下，由于转换层是以剪力墙为主，因此落地所分配得到的力更多，而支撑力减少。

3.1.2竖向地震

地震所产生的频率有纵向和横向，因此在考虑水平地震时应当考虑到竖向地震，而在分析数据、计算数据之后得到转换层在三层及以上时，抗震效果大大减少。由于现代建筑物以高层建筑为主，而高层建筑是一类受力复杂且不利于抗震的结构，因此带转换层的建筑物可根据其结构类型、种类和房屋高度来采取相应的构造措施。

3.1.3薄弱层

在建筑转换层结构中，转换层的下部为剪力墙，大量产生的力通过楼板传递到落地剪力墙之上，从而减少力的堆积。如若转换层的位置高，那么剪力墙对力的传输会产生堵塞，从而使得剪力墙产生裂缝。转换层的上部产生破坏之后，下部的剪力墙更难将力传输至大地，从而形成不易解决的薄弱层。所以开发商为了安全起见，会将部分转换层设计在三层及以上时采用更高的抗震等级，其框架、支撑、剪力墙的抗震等级随之提高。由于转换层上部与下部截然不同，因此其上部与下部的部分构件不能够直通，所以转换层是整个建筑中最薄弱的楼层。

3.2建筑转换层结构的布置

3.2.1门洞设计

在建筑转换层的下部剪力墙上，一般不适宜设置门洞，在中柱的上方也不适宜设置门洞。而根据大量的数据计算，门洞会导致剪力墙受力不均，从而导致结构产生突出破坏，同时，门洞应当设置在墙体的中间部位，这样会使整个结构受力均匀。

3.2.2地下室的厚板转换层

之前提到了如何提高整个建筑转换层结构的抗震性，那么在非地震地区或低地震程度地区，可以采用换厚板的方法。而在较为空旷的地下室也可以采取这种方法，因为地下室为四周封闭式，所以地震反应会小于地面，所以在设计地下室时可以采取厚板转换层。

3.2.3转换层构建

由于建筑转换层的上部竖向部件不能够直接与下部连接，不能直接连到地底，因此必须在转换层选择安全可靠的转换层构件。根据现今的数据分析，构件的转换可以采取一些厚板、大梁、箱型结构等形式。

3.2.4高规要求

由于现今的《高层建筑混凝土结构技术规程》的要求，带有转换层的建筑应当达到相应的刚度和墙厚度，剪力墙要有相应的上下贯通的刚度，并根据相应的刚度来增加墙体厚度。同时平面的框支剪力墙的结构根据抗震性，其设计就应当更加严格，通过控制和遵守高规而防止并控制刚度的突变，减少力度在墙体上的突变，保证转换层能够有足够的刚度来传递各结构之间的剪力，防止支柱的变形和破坏。

3.3建筑转换层上下结构的刚度

建筑转换层上部与下部结构的不同会导致其侧向刚度比的计算会对建构构件的弯曲、变形等产生影响。

3.3.1合理刚度比

由于在建筑转换层时，不同的高度会有不同的刚度比，所以在建筑转换层在三层及三层以上时，应当根据《高层建筑混凝土结构技术规程》所规定的侧向刚度比，来设计满足转换层上部、下部以及本层所产生的侧向刚度比。而应当选取的合理值为以下情况：

3.3.1.1底部大空间剪力墙结构

由于底部大空间剪力墙的下部高大，部分剪力墙在改为框支之后，底部的刚度大大减小，而为了防止因为上下部受力不均而导致的刚度突变，应当控制转换层的上下部剪力墙刚度比，在底部空间为一时，转换层的刚度比就应当接近相同的数字，而在非抗震情况下也应当不大于三，在抗震情况下应当小于二十。

3.3.1.2外围柱距的框筒结构

在扩大外围柱距的框筒的结构下，转换层上下部剪力墙的刚度应当保持不变。但在一般情况下，因为柱子的建面大小不同，下部的柱子截面相对于上部柱子而言要小一些，因此很难满足刚度比保持不变。在这种情况下，建筑转换层应当采用上下截面相同的钢管混凝柱，这样来调整柱子的截面、刚度，从而达到上述要求。

3.3.2楼层侧向刚度比

在建筑转换层在三层以及以上时，楼层的侧向刚度比应当不小于同等楼层的侧向刚度的百分之六十五，《高层建筑混凝土结构技术规程》的这一规定是为了防止转换层上下楼层刚度出现差异较大的情况。与此同时，层侧向刚度比的限度值为百分之六十，《高层建筑混凝土结构技术规程》规定了楼层侧向刚度不应当小于同等楼层的侧向刚度比的百分之七十。

4结束语

综上所述，在所有建筑转换层结构设计中，必须根据施工方的相应要求以及工程本身所具有的特点和数据来对建筑进行探究，从而计算出最适合该工程的设计方案，同时要从宏观与微观两个方面来考虑和选择合理、科学的设计方案。

参考文献：

[1]覃文胜.高层建筑梁式转换层结构设计探讨[J].中国高新技术企业，2010.

[2]唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版，2007

[3]熊国繁.结构转换层在高层建筑中的研究与应用[J].山西建筑,2009,35(8):79-80.