试论带结构转换层的高层建筑结构设计

韩开杰

摘要：当前城市的建筑中，高层建筑的应用已经越来越普遍，高层建筑的设计和施工比较复杂，带结构转换层的高层建筑的设计与施工更是复杂，因此在高层建筑的结构设计中，设计人员必须要对结构转换层进行合理设计，以保证结构的安全可靠。本文主要针对带结构转换层的高层建筑结构设计工作进行了探讨。

关键词：结构转换层；高层建筑；结构设计

1建筑结构转换层的作用

1.1 增加底层建筑空间

目前，我国经济发展速度越来越快，随之而来的是很多年轻人都涌向了一线城市，导致一线城市住房紧张，所以国家为了解决这个问题，开始大量建造高层建筑。高层建筑顾名思义，就是它们的楼层比较高，又因为高层建筑的上下功能存在不一样的状况，下部为大空间商业店铺，上部为小空间住宅，这就需要在下部设置建筑结构转换层，以满足底层建筑功能大空间的需求。

1.2 增加出入口的宽度和数量

目前，我国一线城市建筑基本上都是高层建筑，但是部分高层建筑并不安全，因为它们的出口数量和宽度都不够，不利于人们的进出，容易出现拥堵的情况，所以建筑结构转换层的另一个作用就是增加了出入口的宽度和数量，同时提升了人们进出的便利性。

2 带结构转换层的高层建筑结构的分类

2.1 板式结构转换层

高层建筑在7、8 度区地下室部位，以及6 度区的一般转换层，必要时可选择采用板式结构转换层类型。当高层建筑的体型比较不规则，上下层柱网轴线相差较大时，很难形成框架，或者在框支结构转换层时，厚板转换结构就是一种比较合适的选择。板式结构层刚度很大，在应用的过程中可以使建筑功能的布置灵活多变，但是这也使板的受力变得比较模糊，计算相对困难。在采用有限元分析时，计算结果繁杂，给配筋设计带来了较大的不便。从受力角度考虑，柱与柱间、柱与墙间又需要设置很多暗梁，增加了配筋和施工难度。从抗剪和抗冲切角度考虑，楼板厚度又往往很厚，这造成了结构的自重很大，对下部竖向构件的承载力要求较高。混凝土用量较大，成本较高。另外，厚板自身集中了很大的刚度和质量，地震反应强烈，不仅板的受力很大，而且由于处于转换层位置，上下层竖向刚度变化较大，容易发生震害。所以板式结构转换层在高层建筑的结构设计中，在高烈度地震区不宜采用厚板转换形式，6 度区需对板式结构层的应用进行特殊设计，以满足建筑结构在不同设计状况下的安全要求。

2.2 梁式结构转换层

梁式结构转换层是当前高层建筑结构转换层中的重要类型，梁式结构转换层在应用的过程中，由于其能够起到良好的平衡受力作用，而且每个结构转换层的受力路径十分清晰，所以对于转换层结构的计算和设计相对简单。梁式结构转换层在高层建筑中的应用十分普遍，可以对不同楼层之间的作用力进行传递，从而保证建筑结构的稳定性。但是，梁式结构转换层在施工的过程中，其成本比较高，这是应用的一大限制。梁式结构转换层的受力机理分析：梁式结构转换层的传力途径为墙—梁—柱（墙）的形式，传力直接，便于分析计算。转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度，以及转换大梁与下部支撑结构的相对刚度的影响。为弄清转换梁结构与上部墙体共同工作的性能，多数文献中已对转换梁承托层数的内力影响用有限元程序进行了分析，分析结果显示，对于一般结构转换大梁（跨度小于12 m），上部墙体考虑3 层与考虑4 层、5 层内力的设计控制内力差异不大于5 %，故在分析计算时可以只考虑计算3 层。无论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用时要小，同时转换大梁也会有一段出现受拉区，一是由于转换大梁处于结构整体弯曲的受拉区，应力积分后在转换大梁中就会出现轴向拉力；二是由于上部墙体竖向力作用于转换大梁时形成了拱的传力方式，竖向力转变为斜向力作用于转换大梁，从而在转换大梁跨中出现拉力，支座出现轴向压力。

2.3 框架结构转换层

框架结构转换层也是当前高层建筑结构转换中的重要类型，主要以巨型柱的形式进行结构转换，所以在应用中，对于建筑的下层柱体结构要求一般比较高，需要在施工中利用支撑效果好的装置，对下层框架结构的主体结构进行加固。框架结构在应用的过程中，其最明显的性能就是具有良好的抗震性，在高层建筑的施工中，利用框架结构能够提高建筑的抗震性能，所以与梁式、板式结构转换层相比，框架结构转换层具有更加明显的优势，是未来高层建筑结构转换层发展的重要趋势。

2.4 箱式转换层

当转换梁的横截面太大时，楼板的刚度不可能满足无限的假设。为了实现理论上的假设和现实相符，可以在梁的顶部和梁的底部设置一层楼板，以形成箱形梁。箱形梁的转换结构通常应布置在整个层上，并沿着建筑物的周边，构成一个“盒子”，称为盒子类型转换层。箱式转换层的重要优点是转换梁约束力强、刚度大、整体受力效果好，上下部件传力比较均匀，也可用作设备层，缺点是构造复杂并且成本高。

3 带结构转换层的高层建筑结构设计

3.1 减少转换层竖向结构刚度的差异

当前高层建筑在进行结构设计与施工的过程中，结构转换层的应用已经越来越普遍，尤其是当前梁式结构转换层的应用比较普遍，这对于建筑的结构稳定性和质量有着积极的作用，但是与此同时，也存在着一些问题，转换层在应用的过程中，其竖向结构通常会具有一定的突变性，一旦建筑受到一些外力因素的影响，就会影响其竖向结构的稳定性，从而给高层建筑的安全造成影响。因此在带结构转换层的高层建筑结构设计工作中，需要缩小转换层的竖向结构刚度差异，尽量将其高度的差值控制在合理范围内，同时为了保证建筑的稳定性和质量，还可以增加墙体的强度，为建筑的空间刚度提供保障，从而提高建筑的质量和安全。目前很多高层建筑在设计的过程中，会采用大量的落地构件，而这些落地构件在应用的过程中，也会对楼层之间的受力情况产生影响，所以设计人员在进行结构设计时，要充分考虑到落地构件的使用情况，尽量选择刚度较大的材料，对其规格进行合理的控制。

3.2 考虑不同层受力状况的影响

高层建筑之所以需要使用结构转换层，主要是因为其层数过多，而内部的功能性比较强，内部空间的利用状况不同，这就导致了高层建筑内部不同层之间的受力情况存在很大差异，受力复杂。所以在进行高层建筑的结构设计时，设计人员必须考虑到每一层的受力情况和影响其结构稳定性的因素，在设计时，需要对这些因素和问题进行有针对性的设计。在设计工作之前，设计人员需要对高层建筑每一层的具体设计情况进行了解，根据其结构设计和受力情况进行转换层的设计优化，计算出合理的受力情况，精准计算结构转换层周围的应力值，并在规定的范围内适当调整结构转换层的规格和性能，保证结构转换层的有效利用。

3.3 合理设置剪力墙

高层建筑的结构转换层在应用的过程中，常以框支剪力墙的方式呈现，所以在进行结构设计时，设计人员必须对剪力墙进行合理设置，从而保证转换层的结构合理性。在进行转换层结构设计时，要对剪力墙的框支转换位置进行合理设置，控制好框支、框架之间的距离，同时要考虑到高层建筑中内部空间的规划和使用情况，在保证转换层功能的同时，实现对高层建筑内部空间的有效利用。

4 结语

随着经济社会的不断发展，人们的生活水平也有了显著提高，在人们的日常生活中，居住环境对人的影响极大，因此，我国建筑行业发展也十分迅速，各种样式的建筑极大地满足了人们的住房和工作需求。在当前城市的建筑中，高层建筑的建设越来越广泛，其功能性极强，多功能的建筑在设计时，需要对其内部结构进行合理布局。高层建筑在结构方面，为了满足特定的建筑功能，通常会设计结构转换层。所以在高层建筑的设计施工中，设计人员必须对结构转换层设计进行探讨，以保证建筑的质量和使用安全。

参考文献

[1] 皇甫涛．带结构转换层的高层建筑结构设计初探[J]．建材与装饰，2018（21）：82-83．

[2] 解雪松．论述带结构转换层的高层建筑结构设计[J]．建材与装饰，2017（45）：87-88．