关于高层建筑转换层结构设计的分析

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摘要：随着社会的不断进步，我国城市化进度的加快，高层建筑的数量也急剧增加，作为高层建筑关键部分的转换层结构设计也成了整个工程的重要问题之所在。本文通过剖析高层建筑转换层结构设计时存在问题的原因所在，进而提出相应的解决措施，以期在实际工程操作中可提供理论借鉴与指导，为推进行业的进步贡献自己的一份力量。

关键词：高层建筑 转换层 结构设计

中图分类号：TU208文献标识码： A

前言

为了满足建筑物在功能上的需要，高层建筑的上部需要一些小开间的轴线形布置，需要比较多的墙体；而下部则需要有比较大的使用空间，柱网要大，墙体要尽可能的少。所以，在高层建筑中，上面部分的竖向杆件不能直接连续地贯通落地。需要通过水平的转换结构和下面部分的竖向杆件相连接，这种构成的高层建筑叫做带转换层的高层结构建筑。转换层结构形式包括桁架转换结构、梁式转换结构、箱形梁转换结构、空腹桁架转换结构和厚板转换结构等。

1、梁式转换层的结构形式和受力特点

1.1梁式转换层的结构形式

梁式转换层结构是一种利用下部的转换大粱，将上部剪力墙落在框支梁上，再由框支柱支撑框支梁的结构体系，也称为梁式框支剪力墙结构。其传力途径为墙一梁一柱(墙)，由于传力直接、明确，便于工程计算、分析和设计，且施工较为简单，在底部大空间的框支剪力墙结构体系中被广泛应用。但是，其不足之处在于:如果上下轴线错位布置，则需增设较多的转换次梁，空间受力就较为复杂了。实际过程中，可以依据转换梁的受力特点、工作形式以及应用方式等将转换梁进行划分。

1.2梁式转换层的受力特点

要进行梁式转换层结构的计算，就必须首先弄清楚此类转换结构传力途径以及相应的转换梁的受力特点。一般梁式转换层结构的传力路径为:墙或者柱一转换梁一柱或者墙。这种传力形式直接简单，可靠度高，较易施工，而且经济合理，设计计算简便。转换梁是梁式转换结构层的核心构件，根据现有的工程经验和分析可以得出，主要影响它受力特点的因素是只要包括梁自身的材料、尺寸形式，上部的结构类型、刚度，剪力墙等和梁的刚度比，以及上层、下层结构的类型、相对刚度大小等等。上部结构与转换梁共同工作，转换梁的影响是较大的，分析计算时将三层结构对梁受力的影响就可以满足精度要求，此外，如果上部结构的墙具有一定的尺寸时，转换梁的内力变化受到此墙体结构形式的影响很小，相对于忽略墙体的作用时其弯矩要小，而且此时会出现一定的受拉区。转换梁和上部墙体可以考虑为一个整体的受力结构，弯曲变形保持一致，同时受到拱的特有的作用影响而决定梁的内力形式。具体分析时，剪力墙可以有效地分担转换梁产生的弯矩，梁会因为位于梁、墙整体结构的受拉翼缘而内部产生拉力，另外，由于拱结构特殊的传力形式，竖向荷载作用于转换梁上时就可以被分解为水平和竖直两个方向的作用力，这样一来，转换粱的内力绪果就是中间受拉力、两端部受到压力的形式。

2、梁式转换层的设计计算要点

梁式转换层的结构方案一般是剪力墙与梁相结合，设计计算时不宜将梁分为主梁和次梁，因为这种方案增加了结构传力的复杂性，主梁是核心受力构件，如果有次梁存在的话，主梁就会承担来自剪力墙的荷载以及次梁传递来的剪力、弯矩等内力，这样一来，主梁的受力形式就会复杂多变，容易发生破坏。梁式转换层的上部楼层与下部楼层的结构刚度发生变化，为了实现内力的有效传递，就要严格地控制其混凝土材料、厚度、配筋率以及施工精细度以提高转换层的刚度和承载能力。实际过程中，多采用框支柱、主梁、剪力墙的结构方案，并且适当地加大构件的配筋率，可以有效地提高其抗力。

2.1结构布置

(1)竖向布置。在建筑物的竖向高度方向上，在确保转换层具有充足的承载力与刚度的前提下，转换层可以灵活地进行多处整层布置，也可以在某楼层的局部位置进行设置，可以采用分段布置或是间隔布置。当建筑物设计有设备层或者加强层时，可以将转换层和这些楼层搭配使用，发挥多种作用。

(2)平面布置。转换结构布置在边柱和角柱时可以使上下层柱交错布置，转换梁进行纵、横两个方向的布置时可以提供较大的使用空间等等。当对建筑结构进行抗震设计时，采取将一段长度的剪力墙与地接触并且与基础相通，即使得剪力墙与框支墙形成整体工作体系，这样提高了结构的抗震性能。

2.2上、下层侧移角比

用来表示上、下层刚度的大小变化的量值称为转换层结构上、下层结构的侧移角之比。

γ =(θi +1)/θi θi=Δui/hi式中:γ―侧移角比,θ―第 i 个楼层的侧移角度,Δui―第 i 个楼层的线性侧移hi―第 i 个楼层的高度实际应用时，为了保证结构的稳定性，内力直接有效地进行传递，就需要将侧移角比限定在安全范围以内，避免突变。

2.3上、下层侧移角比

为了在工程中尽量地避免结构沿竖向刚度的变化过大，转换层结构承担了过大的任务而超过其设计能力，内力传递时遇到突变层而发生破坏，为此，要求上、下层结构的刚度九满足一定的安全限值，使得竖向相邻层结构的刚度比不至于发生突变，柱和剪力墙等抗侧力构件也能充分发挥各自的作用。设计计算时，尽可能的将控制在 l ～ 2 范围之内，越接近 1 越好。

λ =(Gi +1)/Gi×[(Ai +1)/Ai]×[Hi/(Hi +1)]式中:Gi―第 i 楼层结构的剪变模量,Ai―第 i 楼层结构的抗剪截面面积,Hi―第 i 层楼的高度

2. 4转换层构件的设计要点

(1)转换梁的设计要点。转换梁设计时为了防止梁休脆性破坏，箍筋配置得当，要根据梁的剪压比来确定合理的截面尺寸。当对梁进行开设洞口时，要对洞口部位进行加强处理，可以增加箍筋的配置或者设置其他加强构件。

(2)框支柱的设计要点。框支柱一般是依据其轴压比来得出截面尺寸的，当考虑地震作用时，还要对柱的内力进行一定的调整。

三、转换层设计时需考虑的施工特点

在层建筑转换层处，有些竖向构件容易被打断，从而导致竖向力传递出现转折，而实现功能转换的大型水平构件必须依靠转换层。另一方面要让建筑满足这些功能势必会给该结构本身带来多重受力、抗展效果不佳的特点。

3.1 转换展构件大 ,

楼面承受力大假如建筑有转换层，它的承载往往要通过转化与改变构件截面内力予以 实现，建筑内部应力状况较为复杂，要实现结构的水平剪力，并让其顺畅向下传导，就必须将转换层楼面的水平刚度保持在合理范围内。现阶段，转换层的构件尺寸都比较大，楼板厚度基本都在16cm以上,楼面的承载力相对来说也很大。

3.2 叠加浇筑

要求高转换层的构件一般都有较大的体积,相对来说其跨比也会更大。其次，转换层截面产生弯曲变形时呈水平向，这使得其内部结构极可能产生错动。正是基于上述状况，施工时浇注的要求必须进一步提，叠加浇注时，首先应做好仔细分析与研究综合考虑分层处水平剪力 可能带来的影响确保叠加浇注的质量及其构件在使用过程中的承受力。

3.3 灵活布置支撑系统

要让建筑符合其应有的抗震要，我们在设计时，必须灵活调整和布置转换层的形式。其支撑系统也必须结合转换层上下结构进行设计，万不可让上下层发生剪力或者令其刚度突然发生变化。

四、转换层钢筋工程的设计

转换层钢筋工程施工前，重要的是了解图纸内容。捆绑钢筋前，技术人员应先把施工工序、操作方法及施工要求等内容告知给所有施工人员，也就是所谓的施工交底。其次，施工时，应根据图来合理确定柱插筋的位置，避免钢筋错位。钢筋捆扎好后，我们还必须仔细检查直螺纹接头与悬臂结构撑脚间是否松散，钢筋位置、绑扎方法都不能出现任何错误；第三；捆扎、搭接钢筋，需确保其符合抗震设计的相关要求及原则。第四，扎好钢筋后，接下来便可浇捣混凝土这一过程中必须安排专人进行实时监管，务必要保证钢筋的位置合理。

结语

随着现代高层建筑功能和用途的多方面发展，高层建筑上下结构之间存在着柱网、轴线交错甚至结构形式的不同，介于上下部结构之间的转换层可以保证高层建筑的整体安全性。只有加强高层建筑转换层结构设计，才能从根本上提升高层建筑的安全性，为我国实现城市现代化贡献设计者的一份力量。

参考文献

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[2]. 陈勇;赵雅娜;余海.带转换层高层建筑现状和发展趋势[J].四川建筑.2008(06)

[3]. 陈嘉俊.高层建筑抗震桁架转换层结构设计[J].建筑设计管理.2010(02)