浅谈浅析高层建筑转换层结构设计

论文导读：意将预应力施加在上下弦和斜拉腹杆中，可明显减少构件的截面，减少了材料用量，对降低整个工程的造价具有较大的作用。2.5斜柱转换。这种转换层能够发挥混凝土可压缩性能的优势，为整个建筑扩大利用空间，其为比较特殊的一种结构形式。使用此类转换层，会增大水平荷载，因此为了克服这个缺点12下一页
摘要：本文作者介绍了转换层的概念及设计原则，分析了高层建筑转换层结构形式及特点，提出了转换层结构设计方法。
关键词：高层建筑；转换层；结构设计

随着社会的发展，人们对高层建筑的功能需求越来越多，向多样化、综合化和全面化发展的趋势愈演愈烈。因高层建筑的各组成部分使用功能不同，因此在建筑物施工过程中，其结构形式、柱网布置等面临着较大的挑战。当前，在我国较常见的建筑物形式为上部为小开间的民用住宅，较多的墙体来分隔空间以满足户型的需要；下部为大开间的商场或公共所，大柱网、少墙体，以满足公共使用要求。为了实现这种结构形式的建筑物，必须在上下不同的结构体系转换的楼层设置转换层，完成结构变化形式的过渡。笔者根据自身多年的工作经验，对高层建筑转换层结构设计提出了自己的看法，望能给相关工作人员一些启示。
1 转换层的概念及设计原则

1.1 转换层的概念

一般情况下，位于高层建筑结构的下部受力较大，而上部结构受力相对较小，因此为了保证整个建筑的安全性，必须确保下部结构牢靠，因此通常在下部结构布置的刚度大、墙体多、柱网源于：论文 格式www.7ctime.com
密，越往上部建造，所需的墙、柱数量都相应减少，从而扩大柱网。导致整体的建筑物出现上部的活动空间远远比下部的活动空间要大，不符合建筑功能对空间的需求。为了实现建筑功能需求，必须打破原有的常规设计，在创新的过程中，就会使用到转换层结构，其功能主要是在结构转换的楼层设计水平转换构件，使得整个建筑符合其使用功能。

1.2 设计原则

因在建筑物中设置转换层可使其竖向刚度发生突变，降低了结构的抗震能力，为了防止这种情况的出现，应遵循以下设计原则：在设置转换层时，应尽量选用直接落地的竖向构件，因为需结构转换的竖向构件能够引起刚度突变，影响结构的抗震能力；另外，应在高层建筑竖向位置较低的地方设置转换层结构，把握宜低不宜高的原则；对转换层结构进行优化，保证选用的换层结构型式具有明确的传力路径，有利于结构分析设计和保证施工量；转换刚度不可过大，在考虑建筑物安全和经济的前提下，坚持宜小不宜大的方法。
2 高层建筑转换层结构形式及特点
2.1 粱式转换。目前，在高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式是粱式转换，其传力途径直接、明确，是由上部墙经转换梁传力给下部柱，完成整个建筑物的使用功能的。这种转换方式不仅有利于工程的计算、分析及设计，在成本造价上也较低，因此广为人们所应用，根据资料显示，其数量是转换层总量的77％。选择转换梁的截面高度通常为0.8~6m，在带转换层结构的高层建筑中主要以梁式转换层为主。
2.2 箱式转换。这种转换方式是通过单向托粱和双向托粱与上、下层较厚的楼板浇筑为一个整体而实现的，这种转换层刚度较大。
2.3 板式转换。板式转换层主要是应用在转换层上下柱网错开较多、布置没有次序、无法用梁进行承托的情况下，需将转换层做成2.0~2.8m厚度的转换板，这是从抗剪和抗冲切的角度考虑的。这种转换层的下层柱可灵活摆动，然而因自重较大，所费材料较多，拖工难度大。
2.4 桁架转换。桁架主要包括空腹桁架与实腹桁架两类。与梁式转换层相比，这种转换层的受力更加清楚、明确，使用、活动空间更大，自重小，抗震性能也更高。然而其节点设计复杂，由于受到各种因素的限制，无法广泛运用于各类高层建筑中。
桁架转换层设计的基本原则是“强斜腹杆、强节点”，因节点受力错综复杂，出现剪切脆性破坏的情况较多，引起计算配筋多，为施工带来了一定的难度，从而应用受到限制。在使用桁架转换层设计时应时时注意一下几个方面：（1）设计桁架转换层时，高度要求在3m 以上，若层高受到限制，无法达到要求，使得斜压腹杆形成超短柱，那么在地震发生时便有可能出现脆性破坏；（2）施工时，为了将桁架的受力优势充分发挥出来，应确保上弦节点与上部集中荷载的中心对齐；（3）施工时，注意将预应力施加在上下弦和斜拉腹杆中，可明显减少构件的截面，减少了材料用量，对降低整个工程的造价具有较大的作用。
2.5 斜柱转换。这种转换层能够发挥混凝土可压缩性能的优势，为整个建筑扩大利用空间，其为比较特殊的一种结构形式。使用此类转换层，会增大水平荷载，因此为了克服这个缺点论文导读：背景下，加强箍筋。3.3转换层楼板以转换层为界，框支剪力墙被分为上下两部分，且这两者的受力情况是有差异的。上部楼层中，外荷载产生的水平力具有一定的分配原则，是根据各片剪力墙的等效刚度比例来进行的；下部楼层中，框支柱的刚度不同于落地剪力墙间的刚度，水平剪力主要由后者承担，即在转换层处荷载分配不均匀。转换
，以建筑物的平面布置为前提，在转换层施工中添加圈梁或拉梁，以最短的路径，达到相互平衡。施工时，应考虑斜柱转换层的荷载分担，只有将转换斜柱尽量连接在更多的楼层，而减少分布在上下楼层的荷载，才能保证此类转换层的安全及设计的方便。
2.6 巨型框架转换。此类转换层具有比较好的前景，也是目前我国建筑业的发展方向。巨型框架转换具有较好的抗震性能，主要是由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成，从结构上看，也是由多个梁式转换层组成。在施工前，通过模拟施工过程的设计方法，掌握在施工中遇见的问题，有效解决临时支撑情况及维持足够的抗侧刚度。
3 转换层结构设计
3.1 框支柱。框支柱截面尺寸一般由轴压比决定，还应满足剪压比。轴压比主要影响框支柱的延性，只有严格控制其轴压比，才能保证框支柱的延性能够应用于高层建筑中。工程框支柱的抗震等级为一级，因此其轴压比应小于0.6；若是截面尺寸较大，那么其轴压比就应小于0.55。其延性还受到配箍率的影响，因此与一般框架柱相比，支柱的配箍率要大得多。在转换层结构中，框支柱是很重要的构件，保证其安全性对整个结构都具有非常重大的意义。因此柱端剪力及柱端弯矩都应与相应的增大系数相乘，计算每层框支柱的承受剪力和时，直接选取基底剪力的30%。在计算时，一般采用程序进行，假设的条件是楼板刚度无限大，根据竖向构件的刚度，对水平剪力进行分配。因框支柱远远小于底部剪力墙刚度，因此框支柱剪力较小。在实际建筑中，由于受到各种因素的影响，工程中的楼板会出现变形现象，剪力墙也会产生裂缝，这些方面都会降低刚度，从而增加框支柱剪力。因此在结构设计中，会将增大框支柱剪力的部分独立出来，单独做出要求。此外，应将位于框支柱上部墙体的纵筋伸入到上部墙体内一层，强化转换层上下之间的连接；位于墙体范围外的纵筋应采取水平锚入转换层梁板内的方法，达到锚固要求。

3.2 框支梁

作为上下层荷载的传输枢纽，框支梁能够保证框支剪力墙抗震性能。框支梁截面尺寸主要受剪压比支配，宽度应大于其2倍的上墙厚，并保持在400 mm以上；高度应根据计算出的跨度决定，为跨度的1/6；在施工中，规定框支梁的梁宽为800 mm。由于其的受力较巨大、复杂，因此结构设计时，应保证留有一定的安全储备。框支梁纵筋的抗震等级为二级，要求其配筋率应大于0.4%。在符合计算要求的前提下，框支梁的配筋率规定大于0.8%。因框支梁的受力不均匀，梁中存在较大的轴力，因此应配备一定的腰筋量，保证施工顺利实施。腰筋采用Φ18规格，沿梁高间距小于200 mm，并应可靠锚入支座内。作为抗震的重要构件，框支梁的受剪很大，应遵循“强剪弱弯”的方针，在纵筋数量较多的背景下，加强箍筋。

3.3 转换层楼板

以转换层为界，框支剪力墙被分为上下两部分，且这两者的受力情况是有差异的。上部楼层中，外荷载产生的水平力具有一定的分配原则，是根据各片剪力墙的等效刚度比例来进行的；下部楼层中，框支柱的刚度不同于落地剪力墙间的刚度，水平剪力主要由后者承担，即在转换层处荷载分配不均匀。转换层楼板的任务较重，主要负责完成上下部分剪力重分配，且因转换层楼板自身存在的受力大、变形大特点，必须要有足够的刚度来支撑其任务的完成。
由此可知，转换层在高层建筑的应用必不可少。每座建筑的结构都有其自身的特点，应根据需要，选择合适的转换层类型。在施工中，还用注意每一环节的施工，在了解各构件特性的基础上，合理的发挥其长处、解决其短处，保证转换层的质量。
参考文献：
赵西安．高层建筑结构实用设计方法[M]．同济大学出版社，2007．
毛华毅．浅谈高层建筑结构设计的若干问题[J]． 山西建筑，2010，（9）．
[3] 张维斌.钢筋混凝土带转换层结构设计疑释及工程实例[M].中国建筑工业出版社，2008.