探讨结构设计带转换层高层建筑结构设计

论文导读：
摘要：本文阐明了转换层的定义和功能，介绍了转换层形式的类型及特点，分析研究了不同类型转换层的高层建筑结构设计。
关键词：转换层；高层；建筑；结构设计
为了满足建筑使用功能和城市规划的要求，带转换层的高层建筑结构成为了高层商住楼中常用的一种结构体系。转换层上下结构体系的转变和竖向构件的不连续，易使转换层附近的刚度和内力发生突变，甚至造成传力路线不明确，出现了抗震薄弱环节。所以带转换层的高层建筑结构的精心设计就显得尤为重要。

一、转换层的定义和功能

因建筑物功能的需要，上部需要小开间的轴线布置，需要较多的墙体；下部则希望有尽可能大的空间，柱网要大，墙体要尽量少。因而，上部部分竖向杆件不能直接连续贯通落地。而通过水平转换结构与下部竖向杆件连接，这样构成的高层建筑称为带转换层的高层建筑结构。转换层主要实现以下功能：

1、上、下层结构类型转换

转换层将上部剪力墙转换为下部的框架。这种转换层多用于剪力墙和框架- 剪力墙结构中，以获得较大的内部自由空间。

2、上、下层结构柱网和轴线的改变

转换层上、下的结构形式未改变，通过转换层能使下部结构的柱距扩大，形成大柱网。这种形式常用于外框筒的下层以形成较大的出入口。

3、同时转换上、下层结构类型和柱网

上部剪力墙结构通过转换层改变为框支剪力墙结构的同时，下部柱网与上部剪力墙的轴线错开，形成上、下柱网不对齐的布置。

二、转换层形式的类型及特点

转换层根据建筑功能的需要, 可作为正常使用的楼层,但此时应有较大的层高作保证; 在层高受限制或设备专业需要时, 也可专门作为设备层。在结构形式上, 转换层可分为以下几种类型:

1、梁式转换层

一般运用于底部大空间的框支剪力墙结构体系。它是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。当需要纵横向同时转换时, 则采用双向梁布置。梁式转换层的设计和施工均较为简单, 传力较为明确, 是目前应用最为广泛的转换形式。它的缺点在于, 当上下轴线错位布置时, 需增设较多的转换次梁, 空间受力较为复杂, 此时应对框支主梁进行应力分析。

2、箱式转换层

当转换梁截面过大时, 设一层楼板已不能满足平面内楼板刚度无限大的假定。为了使理论假定与实际相符, 可在转换梁梁顶与梁底同时设一层楼板, 形成一个箱形梁。箱形梁转换结构, 一般宜遍布全层设置, 且宜沿建筑周边环通构成“箱子”，即箱式转换层。箱式转换层的优点在于, 转换梁的约束强, 刚度大, 整体工作效果好, 上下部传力较为均匀, 并且建筑功能上还可将其作为“设备层”；缺点是转换梁梁中开设备洞较多，施工复杂，且造价较高。

3、厚板式转换层

当上下柱网错位较多, 难以用梁直接承托时, 则需做成厚板, 即板式转换层。厚板的厚度可根据柱网尺寸、上部结构荷载综合而定。板式转换层的优势在于, 下部柱网受上部结构布局影响较小, 可灵活布置。厚板刚度很大,形成一个承台, 整体性较好, 而且施工也较为便捷。但由于厚板自重很大, 地震作用也大, 容易产生震害。并且材料耗用多, 经济性也较差。

4、桁架式转换层

当高层建筑下部为大空间商场, 上部为小空间客房或写字楼, 且需设置管道设备层时, 也可采用桁架式转换层。上部柱墙可通过桁架传至下部柱墙, 而管道则可利用桁架间的空间穿行。采用桁架转换结构时, 一般宜跨满层布置,且上弦节点与上部密柱或墙肢形心宜对中。桁架式转换层的框支柱柱顶弯矩和剪力比其他几种转换形式相对较小。但此法施工复杂程度较高, 且对于轴线错位布置时难度较大。结合工程实际建筑布局情况, 并考虑经济指标及施工难易程度, 经过技术经济比较后, 决定采用梁式转换层结构形式, 也可称为框支剪力墙结构。

三、不同类型转换层的高层建筑结构设计

高层建筑转换结构一般可分为以上介绍的4种基本结构形式，其具体样式如下图：

1、梁式转换层结构

该结构形式是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式，由于其传力途径采用墙(柱)→转换梁→柱(墙)的形式，具有传力直接、明确和清楚的优点，实际工程中转换梁的结构形式有多种多样，从转换梁功能上，可分为托墙和托柱；从转换梁形式上，可分为加腋和不加腋；从转换梁结构采用材料上，又可分为钢筋混凝土、预应力混凝论文导读：成了柔软层，则转换层不能够承受上部巨大的质量与压力，极容易导致房屋倒塌。2、在设计时应该注意要把转换层的上部结构设计成为抗侧刚度接近于下部的抗侧刚度，转换层的上下部其刚度不能有突变情况，而是一个渐变的过程。3、我们知道底部转换层的高度和其刚度是有关联的，其位置越高则转换层的上下刚度变化会越大，这样的
土、钢骨混凝土和钢结构等。

2、桁架式转换结构

桁架分为空腹桁架和实腹桁架2 种，它可以是钢桁架，也可以是钢筋混凝土桁架，在钢筋混凝土高层结构中常用钢筋混凝土桁架。“强斜腹杆，强节点”是桁架转换层的基本设计原则，而节点的受力复杂，容易发生剪切破坏，造成配筋过多。桁架转换式通常要求高度在3m 以上，否则斜压杆件易形成超短柱，地震作用下容易产生脆性破坏。

3、箱型转换结构

该结构形式即单向托梁、双向托梁如果连同上下层较厚的楼板共同工作，可以形成刚度很大的箱形转换层。它的优点是转换层本身的整体性很好，当转换层上部结构布置较复杂时，仍能够保证上下竖向构件的有效传力。

4、厚板厚梁式转换结构

摘自：毕业论文结论范文www.7ctime.com
带厚板转换层的高层建筑可采用三维空间分析程序进行整体结构的内力分析。厚板的内力分析：转换板边界形状不规则，荷载分布和支撑条件较为复杂，一般需采用有限单元法进行详细应力分析。可采用PKPM 系列软件中复杂楼板有限元分析软件计算。

四、转换层高层建筑结构的设计时注意事项

在我国，建筑行业的起步比较晚，尤其是带转换层的建筑是在最近的几年才发展起来的，与一些发达国家相比我国的带转换层的建筑结构设计理论以及设计方法相对不完善，在设计的工程中往往会遇到不同的难题。所以针对在设计的过程中常常遇到的问题，我们总结必须注意以下的几点：
1、在对带有转换层的建筑进行设计时其转换层下部的结构不能设计为柔软层，如果设计成了柔软层，则转换层不能够承受上部巨大的质量与压力，极容易导致房屋倒塌。
2、在设计时应该注意要把转换层的上部结构设计成为抗侧刚度接近于下部的抗侧刚度，转换层的上下部其刚度不能有突变情况，而是一个渐变的过程。
3、我们知道底部转换层的高度和其刚度是有关联的，其位置越高则转换层的上下刚度变化会越大，这样的话就会极易的导致转换层上下刚度出现突变的情况，会很容易导致剪力墙出现受压裂缝，导致对墙体的破坏，严重的则可能导致坍塌事故，所以在设计时必须要注意转换层高度的适宜。
4、我们在设计时必须按照相关的规定设计，其设计的结构体系必须符合规定的标准，不得违反规事，否则会出现严重的后果。
总之，随着高层建筑的不断增多和计算机硬件及软件的迅速发展，转换层结构的计算理论及方法也日趋完善，转换层的应用也越来越多。转换层设计时应重视概念设计和理论分析，对转换柱、转换梁、落地剪力墙和转换层楼板等关键构件应采取必要的加强措施。
参考文献：
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1.总第63期

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