高层建筑转换层结构设计原则及要点探究

1、高层建筑转换层结构设计原则及要点探究摘要：在高层建筑屮，转换层的使用是很普遍的，并且得到了越来 越多的关注与推广。在实际设计过程中，要根据高层建筑自身的特点和计 算得到的建筑构件受力情况，来选择最科学合理的结构转换层设计方案， 从而保证高层建筑的结构稳定性和安全性，满足人们的不同使用要求。本 文根据笔者高层建筑转换层结构功能、形式、设计原则及要点进行了探讨。关键词：高层建筑转换层结构设计原则要点中图分类号：tu97文献标识码：a正文：1转换层的功能从高层建筑功能来看，上部需要很多的墙体以分隔空间，进而不断满 足住户需求；下部则需耍宽广的使用空间，少墙体、大柱网，从而更好的 满足建筑物使用要求。

2、根据这种建筑形式，在建筑布置中，就会出现和常 规竖向布置相反的“下小上大”的现象，即：下部柱网稀少，上部墙休稠 密的现象。针对这种情况，为了保障建筑要求，必须在上下结构体系，进 行转换层设置，转换层作为当代高层建筑结构设计的重要方式，转换层设 计是整个工程设计的难点。随着高层建筑平面逐渐多样化，在设计中，必 须结合实际情况，选择合适的方法进行设计，进而达到经济、安全的综合 成果。2.高层建筑转换层的结构形式按照结构形式來分类高层建筑转换层可以分为桁架体系、粱一柱体 系、厚板转换体系和墙梁体系等，梁一柱体系是最为常见的。如果内部需 要形成较大的空间，包括轴线转变和结构类型转变时，可以采用桁架式、

3、 梁式和板式的转换层；如果框筒结构需耍在底层形成较大的入口，这是可 以使用多种转换形式，梁式、墙式、拱式和合柱式。目前我国普遍使用梁 式转换层，由于设计和施工比较简单、受力比较明确，底部大空间的剪力 墙结构会经常采用。3 高层建筑转换层的设计原则在确定好结构形式后，设计过程中还耍遵循以下儿个原则：3.1要尽量减少转换次数，布置主体的竖向构件时，要上下连续贯通 尽可能多的剪力墙和柱，转换构件少，转换层引起的刚度突变就会小，就 会越有利于结构的抗震。32做到传力直接，在设计时要避免多级转换，使水平转换结构能够 传力直接，要避免避免使用次框、支柱梁的结构方案。3.3要优化转换层上下结构的侧向刚度比值

4、。按照相关的规范要求， 在设计过程可以釆取加大框支柱断面、加厚剪力墙厚度、提高混凝土强度 等级来强化转换层下部结构的刚度，还可以弱化上部结构的刚度。这些措 施可以减少优化转换层上下结构承载力和侧向刚度的变化，满足抗震的要 求。3.4要保证计算的准确性，可以采用两种力学模型不同的三维空间分 析软件來计算整体的内力，两种软件计算完成后还要进行结果的对比分 析。4.转换层结构布置以及设计要点4. 1转换层结构布置在转换层结构布置屮，由于底部转换层结构、上部竖向构件不能直接 连通落地，从而就需耍可靠安全的转换层构件。根据日前的研究结果以及 丁程经验，在高层建筑转换层设计中，可以使用的转换构件有：析架、

5、斜 撑、空腹性析架、转换式大梁、厚板以及箱形结构等形式。由于地震区转 换厚板使用检验不足，经常被6度以及非地震区使用；对于空间较大的范 围或者地下室，受约束作用影响，地面上部的框支结构大于地震反应，所 以7度或者8度的地震设计时也可以采用厚板进行转换层设计。山于框支柱和落地式剪力墙对防止转换层下部结构在地震中倒塌具 有重要作用，故在筒体结构设计中，筒体上下必须根据刚度要求适当增加 墙厚。同时，框支剪力墙必须拥有足够的剪力墙，进行上下贯通，在长矩 形框支剪力墙非结构屮，落地剪力墙必须根据施工要求，按照原有规程进 行设计，或者采用落地柱周边不能有错层的规定。这不仅是对转换层下部 结构的保障，也是对

6、抗震结构的严格要求，在尽量减小内力突变的同时， 控制好刚度突变，缩短转换层架构传递。42高层建筑转换层构件设计要求（1）框支柱为了保障高层建筑转换层框支柱拥有良好的延性，必须对轴压进行严 格的控制。当框支柱抗震级别为特一级时，轴压比必须小于0.6；对于截 面尺寸较大形成的短柱，必须低于0.55。由于配箍率和截面尺寸具有紧密 的联系，从而导致框支柱配篩率比普通框架柱大很多。在工程建设中，由 于个别框支柱必须作为剪力墙进行使用，所以约束性边缘构件特征值必须 在0.2以上，也就是2.64%的配篩率。在整个工程建设中，框支柱作为重 要的构件，为了保障安全系数，柱端弯矩和剪力必须乘以对应的增大系数, 让

7、每层框支柱剪力之和始终为基底的30%o在程序计算中，由于楼板假定 刚度较大，所以水平剪力一般根据构件刚度进行分配。(2) 框支梁在高层建筑转换层结构设计中，框支梁尺寸只受剪压比控制，宽度通 常在400毫米之上，高度大于跨度计算的1/6。由于框支梁受力情况复杂, 不仅是保障抗震系数的关键因素，同时也是上下层荷载重耍的传输通道， 它是整个高层建筑工程复杂重要的受力结构；所以在设计中必须预留充足 的安全储备，对于抗震等级为特一级的框支梁，配筋率必须在0.6以上。 在满足计算要求的前提下，一般用偏心受拉的方式，配置足够的腰筋，并 且配筋率始终在0. 8%以上。4. 3高层建筑转换层结构抗震设计在高层建

8、筑抗震设计中，由于高位转换具体情况，从而对整个结构受 力极为不利。根据相关计算结果表明：在水平性地震作用中，由于倾覆性 力矩以转折形式在转换层呈现，下部以剪力墙结构呈现，落地剪力墙在倾 覆力矩下递较快的同时，让倾覆力矩以转折的形式呈现。当整个高层建筑 位置较高时，传力途径和剪力分配就会产生极大的变化，由于落地式剪力 墙极容易出现裂缝，在上部墙体内力较大的过程中，下部支撑极容易屈服, 进而出现薄弱层。为了保障整个工程设计的合理性、安全性，框支转换层 设置必须在3层之上，剪力墙、框支柱抗震等级必须增强一级，除了特一 级、外围密柱框架、核心筒结构不需提高。冃前，我国底部转换层在高层建筑转换层结构设计

9、中已经广泛应用， 但是仍然没冇大地震考验；由于转换层上部结构不能贯通下部楼层，所以 转换层通常为薄弱楼层，当框架剪力乘以1.15时，就可以增大系数。但 是在这过程中，需要注意的是：楼层设计刚度满足设计要求时，该楼层仍 然是薄弱层。对于转换层构件设计中，必须调整水平地震内力；对于8度 的抗震设计，必须考虑地震作用影响，使用“动力时程”或者“反应谱” 方法对其进行计算，或者将转换构件在重力荷载的标准下，让内力和增大 系数的1.1相乘。另外，由于内力增大系数较高，对于处在第三层或者三 层以上的转换层极为不利，同时内力幅度增大。针对这类特殊现象，高层 建筑转换层作为受力极为复杂的，但是对抗震不利的结构

10、，当防烈抗震度 达到04g时，必须停止使用。在实际抗震设计中，根据高层建筑结构类 型、防烈度、房屋高度以及构件类型，使用对应的抗震等级对其进行精细 的计算，或者釆用构造措施进行设计、处理。4. 4高层建筑转换层结构上下层刚度比高层建筑结构转换层刚度比设计作为整个建筑结构设计的重要内容， 为了避免安全隐患，必须认真対待。在转换层上下结构等效侧向刚度比计 算屮，必须综合各个构件弯曲、剪切以及轴向变形对整个结构侧移的影响。 当高层建筑转换层设置在三层或者三层以上时，侧向刚度不能低于楼层侧 向刚度的60%o为了避免转换层下部刚度过大、侧向刚度过小造成的不良 影响，对于三层或者三层以上的转换层，必须将60%规定为工程下限值。在外i韦i柱距框筒结构以及内部框架结构中，必须保持上下剪切刚度始 终不变。对于普通情况，由于下部截面较小，层高比上层高，所以很难满足施工要求。针对这种情况，必须使用钢管混凝土柱或者钢骨混凝土柱， 冇效调整延性、刚度以及截面面积，进而达到建筑工程要求。在这过程屮, 需要特别注意的是：转换层上下结构连接，当上部为混凝土时，必须钢骨 混凝土柱及时锚入下部转换层。3、结束语随着现代高层建筑综合化、多功能化发展，在同一竖直直线上，不同 的楼层开始冇不同的用途。高层建筑转换层结构设计作为当代建筑设计的 重耍内容，必须根据高层建筑转换层结构布置、耍求，再结合抗震设计