带结构转换层的高层建筑结构设计要点

带结构转换层的高层建筑结构设计要点

郑华建

浙江虹图建筑设计有限公司浙江杭州310053

摘要：随着我国城市化进程的不断加快，高层建筑物的数量在持续不断地增加。在高层建筑物中，转换层具有承上启下的作用，因而在设计的过程中需要与上部结构中的竖向载荷相结合，通过进行科学、合理的设计与规划来减少结构突变及应力集中的现象产生，由此来保障整个结构的连续性以及受力的平稳性。本文中结合经验分析带结构转换层的高层建筑结构设计要点。

关键词：高层建设；结构设计；结构转换层

引言

社会生活水平的进步，使得人们对自身居住环境的要求进一步提高。现阶段，居住环境的改变已经满足了人们各种各样迫切的住房需求。在高层建筑中，需要建筑设计人员做好有关带结构转换层的设计工作，只有这样，才能够更好的提高建筑工程的实用性，也对高层建筑的稳定性有了一定程度的增强。因此，对带结构转换层的高层建筑的结构设计工作进行探讨是非常必要的。

1、结构转换层主要类型

现阶段，高层建筑主要是为了满足社会生活中的不同需求。在对高层建筑进行设计的过程中，设计人员应该对建筑专业进行考虑，并能够结合建筑的特点来选择不同类型的结构转换层。一般情况下，高层建筑的结构转换层有以下两种类型。

1.1梁式转换

在结构转换层设计的过程中，梁式转换是一种主要的类型。梁式转换主要是对高层建筑的箱型、梁以及桁架等进行有效的转换，这种转换类型的受力和传力都是相对比较明确的。在对这种类型的转换层进行应用的过程中，也能够在一定程度上增大建筑物的可利用空间，这也是目前为止被广泛应用的结构转换层类型。梁式转换层类型的主转换梁主要是对建筑底部的竖向构件进行支撑，而次转换梁主要是对主转换梁进行有效的支撑，同时也对主体结构的竖向构件进行有效的支撑，而主转换梁与次转换梁还应该支撑建筑的框架柱，进而有效保证高层建筑的稳定性。

1.2板式转换

板式转换也是高层建筑中经常用到的一种结构转换层的类型，其主要构成就是整体浇筑的厚平板。在使用的过程中，厚平板的受力和传力过程是比较复杂的。一般情况下，当高层建筑的上部结构与下部结构之间出现明显的不协调现象之后，就无法使用梁式转换层进行结构转换，这时需要用到的就是板式转换层。也就是说，只有在建筑无法使用梁式转换层的前提下，才会考虑使用板式转换层。与此同时，这种转换层占据建筑物的空间比较大，使得很多建筑设备无法正常的使用，因此，这种结构转换层的经济性是比较差的。

2、梁式转换层的高层建筑结构设计案例

2.1工程概况

A市某高层建筑，有地下1层，地上22层，总建筑面积为25840m2。其中的1-4层为商业用房，1层的层高为5m，2-4层的层高为4m，采用框架简体结构。5-20层均为住宅层，层高为3m，采用的是剪力墙简体结构。21-22层分别是电梯的机房以及屋面水箱，层高为3m。针对这种情况，需要在整栋建筑物中的4-5层之间设置一个结构转换层，同时存放相关的操作设备。其楼层结构平面设置的情况如图1所示。

图1结构平面布置示意图

2.2楼层转换方案

在对这个高层建筑进行楼层结构转换的时候，所采用的转换层的结构形式为梁式、板式、箱式等多种形式。由于这些转换层能够形成一个较大的空间，进而完成结构类型以及轴线的转变。其中的梁式转换层对相关的受力结构比较明确，从而在设计及施工过程中的操作比较便捷，应用的范围较为广泛。因此，在本工程的施工过程中采用梁式转换层的方式，其转换层的高度为2.5m，转换梁上、下两端与楼板相连，上层楼板厚度为20cm，下层楼板的厚度为300cm。转换梁承托上部的剪力墙且所使用的混凝土强度为C40。

2.3整体结构分析

在高层建筑梁式转换层中所使用的转化梁本身是杆件，能够直接地按照梁单元进行相关的分析与设计，同时，梁的轴线位于转换层的上层楼板处，在整体结构中需要通过对上下层的刚度进行比较来确定适当的力度，防止竖向刚度的变化而形成薄弱层。据此，转换层的下层柱子截面尺寸可以设置为110cm×110cm，剪力墙的厚度为50cm，混凝土的强度等级为C45。同时，转换层上层的剪力墙的厚度为35cm，混凝土的强度等级为C45。

2.4转换梁设计

在高层建筑中，转换梁承托上部剪力墙，受力较大，也是保障整个结构安全性的关键性因素。转换梁的跨度大约在9m左右，截面的高度为2.5m。但是由于我国在混凝土设计规范中没有明确地给出承载力计算的方法，进而对此进行了两种连续短梁的试验研究。

2.4.1试验结果

本试验中所采用的转换梁为转换梁1/5的缩尺模型，其截面尺寸及配筋的形式如图2所示。

图2试验梁截面尺寸及配筋示意图

通过经过相关试验可知：该转换梁的正截面平均应变符合平截面的建设。斜裂缝在加载点与中支座的内剪跨区的梁腹中部出现，属于剪斜裂缝，并通过长时间的发展成为临界斜裂缝。底部的纵筋和顶部的纵筋会顺着梁的方向来分散相应的应力，因而在斜裂缝出现之前，需要与弯矩图保持一致性，而在斜裂缝出现之后则与弯矩图产生明显的差距，由此就说明了转换梁内的应力发生了较大程度的变化。此外，在转化梁的底部纵筋处于受拉状态中，顶部纵筋的内剪跨内也随之处于一种受拉状态。当试验受到破坏时，内剪跨区段之内，临界斜裂缝的箍筋会受到一定的拉力，剪压区内的混凝土压疏。当穿越斜裂缝的箍筋应力变化为原来的应力的53%时，剪压区内的混凝土中就没有压疏现象。

2.4.2相关构造要求

依据相关的试验结果，为了保证梁式转换层中的转换梁在斜裂缝出现后能够起到纵筋拉杆的效果，其底部纵筋不能够在跨内形成弯折或者是截断的现象，需要将整个纵筋全部地伸入到支座中，并使用相关的可靠锚进行固定。同时，转换层的顶部纵筋在跨中不能够较早地被折断，最好进行通长布置。由于转换梁的横截面尺寸较大，因此需要依据梁高来配置一定数量的水平腹筋。由此，就能够承受到一定的受剪承载力，进而对整个裂缝的发展情况有一个抑制的作用，能够有效地减少相关温度以及混凝土收缩对整个工程的影响力。

2.5转换层抗震设计

在进行转换层结构设计的时候，由于有转换层的存在，致使高层建筑物在高度方向上的刚度均匀性会受到较大的影响，进而造成承载力构件与墙、柱截面产生突变，线路发生曲折的现象等等，因此，转换结构需要较大的抗震性能。基于此，需要在该建筑物3层及以上的部分都设置部分框支剪力墙结构的转换层。同时，相关构架的抗震等级还需要依照国家相关的标准进行。此外，还需要配备相关构件抗震性能的构造措施，以此来有效地提升建筑物的抗震等级，增加高层建筑物转换层的抗震效果。

3、结语

总的来说，高层建筑结构设计中，经常会使用结构转换层。不过在结构转换层设计的过程中，有时会因为设计人员的工作失误而导致整体的设计效果不够理想。因此，在设计结构转换层设计的过程中，应该不断对高层建筑本身进行考虑，进而对施工方案进行优化，以便能够保证高层建筑的安全性。

参考文献

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