高层建筑混凝土转换层结构设计探讨

摘要：转换层主要是为了满足高层建筑结构中建筑功能的要求而设计的，转换层起的是过渡的作用，不仅如此，转换层对建筑的安全性与稳定性也会产生影响。所以，如果不做好不同结构间的转换，无法合理运用转换层的话，将造成不可估量的后果。为了确保结构的安全性与经济性，提高建筑物的使用功能，就必须做好不同结构体系之间的转换。本文将通过一个实例来展现高层建筑峻宁图转换层结构的基本特点，重点探讨转换层结构设计要点，并且对相关要点提出改进建议，为以后的转换层结构研究打下基础。

关键词：高层建筑；转换层；结构设计；特点；应用

1引言

随着生活水平的提高，城市化建设步伐的加快，人们对于高层建筑的功能需求也悄然发生着改变，为了迎合市民的需求，建筑物功能区也发生了改变，不再是单一的、片面的、枯燥的。最为常见的建筑物结构形式是民用住宅，功能区的划分是由住宅与公共场所通过墙体、柱网来进行的，然后满足每个功能区的使用要求。在这一过程中就运用了转换层，因为只有转换层的存在才能完成这些结构变化，从而完成功能区的划分。其实在高层建筑混凝土结构设计中，为了保证建筑物的使用性能，需要把建筑物分为两种空间：①大空间；②小空间，这样的空间设置就导致了上半部分的楼层竖向构件无法接触到地面，这个时候就要有转换层的存在了。

2工程概况

某高层商业住宅楼，地下有两层，地面以上有28层，其中一、二、三层为大型商场，4~28层为住宅。地下室两层总高度为4.5m，商场有部分楼层高度为4.5m，住宅楼层与商场一样，不是所有楼层都是一个高度，部分住宅楼层高度为2.9m。整栋楼的结构体系除了电梯间、楼梯间可以一样之外，其他的都必须是不同的结构体系，其中电梯间和楼梯间采用的是剪力墙核心简结构。由此可以看出，由于结构体系的不同，那么转换层也就派上了用场，转换层的使用使得两种结构体系完美过渡，所以将转换层设置在三层定顶，恰好是商场和住宅楼层间的过渡。

3转换层结构特点

从高层建筑混凝土转换层结构发展过程来看，转换层结构的特点主要有以下三点的特征：①对于建筑物的荷载来说，为了保证建筑物的承受力，支承柱与大梁的连接处会有集中的应力，如果不及时解决，会大大降低抗震的效果，所以就必须采取措施改善结构构造的抗震性能。②来自于上部竖向受力构件的荷载几乎都由转换层的大梁承受，大大增加了大梁的内力，同样的，必须及时解决，在结构设计中合理的布置结构荷载，达到降低大梁内力的目的。③一般情况下，转换层空间的设置都是高且大的，目的是确保转换层的刚度，但是这样大梁的截面尺寸也会随之增大，也就产生了转换层的使用空间不够大的情况。

4转换层结构设计要点

4.1转换层结构设计原则

在建筑物中设置转换层的时候，有可能会发生结构抗震能力下降的情况，因为在设置的时候，转换层竖向刚度可能会突然发生改变。所以，为了避免这种情况的发生，在设计转换层结构的时候最好遵循以下几个原则：设置转换层的时候尽可能选用可以直接落地的竖向构件；当高层建筑竖向位置比较低的时候，要时刻谨记宜低不宜高的原则来设置转换层结构；在优化转换层图2刚度比计算公式结构的时候，要尽量保证有明确的优化路径，最好是被选择的转换层结构型式，这样才能确保结构分析的准确性与施工工程量的一致性；在转换的时候，要以建筑物经济和安全为大前提，转化刚度不可以太大，要秉持宜小不宜大的原则。（1）在转换层结构设计的时候，很有可能出现因为竖向刚度突然发生变化而形成薄弱层的情况，因此要在设计的时候充分考虑到上、下两层的刚度，将上、下层的刚度比尽量控制在1~2的范围内，这样不仅能有效避免薄弱曾的形成，还保证了上层柱子的抗侧性能，也使整体结构的受力比较均匀。上、下层刚度比的计算公式为：其中Gi+1表示的是第i+1层混凝土剪变模量，Gi表示的是第i层混凝土剪变模量；Ai+1表示第i+1层折算抗剪截面面积，Ai则表示第i层折算抗剪截面面积；hi+1表示的是第i+1层的层高，hi同上，第i层的层高；而A=Aw+0.12Ac。（2）在转换层结构设计的过程中，需要特别注意的是转换层的刚度一定要满足规定的数值要求，从一般规定来看，转换层的梁的高度是大于梁跨度的1/6，目的是使结构内力能准确的作用于转换层下部。另外，由于转换层结构构件中梁、柱的受力性能比较好，所以需要合理分配结构构件，为建筑结构转换提供便利。

4.2结构选型

针对本工程如果从转换层的材料去考虑的话，分为三种：①厚板转换层；②箱形转换层；③梁式转换层。而厚板转换层无论是从施工难度还是在成本上都处于劣势，因为如果混凝土和板材的用量较多的话，无疑增加了施工难度，同时过多使用材料也增加了成本投入。从结构受力上来看，厚板转换层结构受力比较复杂，计算难度大，计算过程也随之复杂，在无形中增加了工作量。相对的，如果采用箱形转换层的话，也是有优点有缺点。从结构上来说，结构具有比较好的整体性，对竖向构件的传力也做到了保证，但是在结构设计上就会出现问题，因为箱形转换层这种结构本身的内力分析就比较复杂，再者，目前这方面的技术也不是太成熟，所以在设计和施工上都有较大难度。梁式转换层相较于前两种转换层不仅设计和施工难度较小，竖向构件传力路径也很清晰，最重要的是既合理又经济。

4.3结构概念设计

在对整体结构概念进行设计的时候，需要注意以下三点：①加强底部框支层的刚度。依据前文提到的设计原则，应该在对抗震性能进行设计的时候把转换层上下结构侧向刚度比控制在2以内。而且在设计的时候还要考虑到核心筒的位置，一般情况下核心筒位置北面的刚度都比较大，所以为了使刚心和质心重合，需要在核心筒底部靠南的位置设立短肢剪力墙，达到提高底部刚度，控制刚度比值的目的。②加强转换层楼板的刚度，增强水平荷载传递的可靠性。为了增加结构的整体性，楼板设计厚度为180mm，并且采用双层双向配筋的方式，将配筋率控制在0.25%。③为了大幅度降低转换梁的梁高和弯矩，可以在框支柱上设置短肢剪力墙。

4.4构造措施

构造措施的出现是为了满足抗震设防的需求，措施分为三种：①针对框支梁的上部墙体开门洞附近剪力较大的情况，解决办法是加密配箍，如果洞口靠近梁端的话，就要采取梁端加腋的方法来提高结构的抗剪承载力。②针对二次转换梁而采取的措施，由于转换结构的竖向集中荷载导致结构受力变得愈加复杂，所以采取与第二种一样的方式，在梁端加腋，目的却是提高抗剪的安全性。③在结构构造设计的时候采取的，在梁内配置交叉斜筋，保证框支剪力墙洞口上部梁不出现强剪弱弯的情况，同时还确保了梁内塑性绞的出现。

5结束语

对于转换层结构设计提出以下几点建议，仅供参考。①在设计梁式转换层结构的时候，要深刻理解结构设计的理念并准确运用这些理念来解决设计结构上的一些难题，随后还要采用盐酸的方式对设计结果进行检验，确保结构设计的质量。另外，还要注意提高建筑物的防震性能，明确结构平面和竖向构件的布置，从而确保建筑物的安全性。②在对建筑物结构进行分析的时候，首先必须得掌握概念设计的思路，然后选择较为适用的平面有限元程序来对梁式转换层结构进行分析。③在设计转换层的时候，应尽量避免二次转换，因为一旦转换过多，截面分布较为复杂的次梁梁端很容易出现裂缝，从而导致建筑安全性能降低。

作者:刘文君 单位:重庆市设计院

参考文献

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