带结构转换层的高层建筑结构设计

带结构转换层的高层建筑结构设计

邓志勇

中合元创建筑设计股份有限公司  湖北武汉    430000

摘要：根据不同的居民生活需要，可以将结构分为不同的类型，根据不同的分类标准，可以得出不同的分类标准，如果按建筑材料的分类，可以分为混凝土、钢、混合、砌块等。按结构形态划分，可分为框架结构、排架结构和剪力墙结构等。按建筑高度划分，可分为超高层、高层、多层、单层。根据其特殊用途，可将其分为工业和民用两类。

关键词：带结构转换层；高层建筑；结构设计

前言

结合我国当前的建筑结构设计情况来看，绝大部分的高层建筑会迎合区域经济发展以及民生建设需求，上层结构作为住宅或旅馆，中部则为办公区域，底部的空间更为宽阔，通常为餐饮或娱乐场所。这种类型的高层建筑在墙体结构以及空间布局方面，需要考虑不同楼层的受力情况，因此设置转换层能够缓解高层建筑受力不均的问题，对于提升建筑安全性和稳定性有一定促进作用，而转换层本身的设计，也需要关注质量和稳定性方面的问题。

1高层建筑转换层的理论概述

由于高层建筑为了迎合不同领域的实际需求，上、中、下选择了３种不同的设计标准。下部结构大部分为娱乐、休闲、餐饮空间为主，建筑内部的墙体、支撑柱相对较少；中部则为办公区域，内部空间结构大多数为中等大小，空间划分规范性较强，需要满足常规的人员办公需求以及日常会议需求，相对于下层结构来讲，中部结构的支柱结构，以及墙体较为密集；上层结构大部分为民用住宅、快捷酒店、旅馆，这种类型的空间，在划分的过程中考虑了常规住宅的设计需求，墙体和支柱较为密集，在空间划分方面灵活性较强。以上这种控件设计方案，在当前绝大部分高层综合性建筑中应用得较为广泛，但也导致了不同的空间结构受力情况、承重能力有较大差异，为了进一步满足整体建筑为转换层，来缓解其中受力不均导致的各项问题。

2高层建筑转换层设计形式分析

2.1箱式形式

箱式形式是当前较为普遍的建筑结构，施工难度较低，在高层建筑转换层施工中有着较为明显的应用优势。同时该种类型的转换层可以与建筑的整体规划融为一体，不仅可以提升空间优化的质量，还能够满足常规的承载力设计需求，保证建筑工程的整体质量符合标准。但是该种类型的转换层在设计的过程中需要投入更多资金，与承建单位本身的实力以及建筑工程后续的经济效益有一定关联。

2.2梁式形式

梁式转换层但结构较为简单，前期预算成本较低，对于当前绝大部分的高层建筑都有适配性。在施工过程中难度较低，能够提升施工效率，也可以维持原有的施工进度控制计划。但是该种类型的转换层很难承受更大的承载力，对于高层建筑的层数有一定要求，若上部结构的承重力较高，不宜采取梁式转换层。

2.3桁架式形式

桁架转换层能够将高层建筑的各个功能区进行连接，该种类型的转换层具备更强的整体性以及系统性，这是在高层建筑中应用的核心优势，能够降低附属性设施施工的难度，比如为管道施工提供更加便捷的系统；抗震能力较强，在长期使用之后，依旧可以维持着较好的效果，后期不需要花费更多的时间和精力进行维护。但设计难度较大，对于工程进度造成一定影响，同时要求设计人员和施工人员有着更高的水平。高层建筑转换层的结构设计要同步满足承载力、空间转换、功能分区配置的需求，还需要与高层建筑设计过程中的其他附属性工程进行对接，要提升整体工程的综合质量，还需要为工程综合效益的提升奠定基础。设计人员需要结合建筑工程的实际情况，合理地设计转换层结构的形式，从而提升工程的整体质量。

3转换层结构设计的应用

3.1框支柱设计

为确保框支柱的设计合理，箍筋的直径应该不小于10mm，间距不大于100mm及6倍纵筋最小直径，沿柱全高加密。并应较普通框架柱提高其箍筋体积配箍率特征值不小于0.02.根据其抗震等级，控制框支柱的纵向钢筋最小配筋率，同时还要确保框支梁的纵向钢筋间距不小于80mm，不大于200mm，及纵向钢筋配筋率不会超过4%。同时，在内力设计时，应根据抗震等级对地震内力进行放大。一、二级转换柱由地震作用产生的轴力应分别乘以增大系数1.5、1.2。与转换构件相连的一、二级转换柱的上端和底层下端截面弯矩组合值应分别乘以增大系数1.5、1.3，转换角柱的弯矩、剪力设计值应分别再乘以增大系数1.1。与此同时，要按照框支框架个数来对框支框架进行剪切刚度设计，确保框支框架转换层刚度与其相邻上层的刚度比不宜过小。

3.2框支梁设计

框支梁和转换梁虽然同为一种结构形式，但是二者在结构形式上存在着较大的差异，在对其力学性能进行分析之前，必须先对其力学性能进行全面的分析。简而言之，框支梁指的是在一般剪力墙之下的框架梁，而转换梁泛指在竖向构件之下的框架梁；托住转换梁仅承受弯矩和剪力，是一种正常的受弯构件；框支梁同时承受拉力，是一种偏心受拉的构件，与砖木框架中的墙梁相似；转换梁两边的楼板层与正常楼板层相同，但在框支梁两边的楼板层除了具有正常楼板层的功能之外，还承担着共同的受力功能；转换梁与框架梁在受力上有很大区别，其结构形式及配筋方式也有很大区别。在确定框支梁断面时，要考虑到上部墙体所承受的剪力和荷载的比例，其框支梁断面宽度应不小于2倍墙厚及400mm的较大值，并按框支框架的跨度和受力大小来确定框支梁断面高度。因为框支梁是转换层的主要受力结构，它是建筑物剪力墙结构抗震抗剪性能的重要保障，它的受力十分复杂。所以，在对框架梁进行设计的时候，应该准备多个设计方案，并在框支梁上设计出一种传力合理的结构，根据建筑物抗震等级要求，控制框支梁纵筋最小配筋率。因为框支梁是一种偏心受拉型建筑构件，在梁结构中会有一定大小的轴力。为了确保框支梁的稳定性，需要在框支梁的中部设置一定数量的腰筋，并且沿着框支梁水平布置，腰筋间距不大于0.2m，并且要严格确保将腰肢嵌入框支梁的支座之内。框支梁是一种具有较大承载能力的新型建筑，它是一种具有较高承载能力的新型建筑，在设计时，必须按照“强剪弱弯”的设计理念，严格控制纵向钢筋数目，并对配箍进行加强。

3.3墙肢面设计

开展建筑构造抗震设计的时候，能够通过控制单个墙肢面积以及多墙肢构造布置等措施，预防结构当中产生抵御裂缝。除此之外，多墙肢的设计方式还能够使得剪力墙刚度和强度获得有效提升，从而能够提升框架剪力墙构造的抗震水平。改善墙肢面的设计，能够使得建筑构造抗震水平获得有效提升，所以相关设计工作人员应当充分关注墙肢面设计工作。

3.4楼板的设计

转换层的楼板结构将上部水平剪力传递至下部，容易引起楼板应力分布不均匀，产生变形，为了确保楼板的稳定，需采用180mm以上的现浇型钢筋混凝土板，增加各层的横向刚度，提高转换梁的抗扭转强度，提高楼板的抗震性能。在对楼板结构进行设计的时候，必须确保混凝土的强度不低于C30，并且使用双向双层配筋，并且要确保其配筋率大于0.25%，与此同时，在转换层的混凝土结构设计中，建议添加1%的钢纤维，以增强混凝土结构楼板的抗剪切强度，以便有效传递转换墙肢的剪力。在进行楼面开口时，要注意不要开口太大，要在开口附近设置构造梁帮助楼板传递剪力。适当加强转换层相邻楼层的楼板，将楼板厚度提高到150mm，并进行双层双向配筋。

结束语

从目前建筑业的发展趋势来看，我国目前的超高层建筑越来越多，工程建设规模越来越大，对建筑结构的设计提出了新的要求。转换层在高层建筑中的使用日益广泛，其传力明确，受力性能良好，可靠性高，结构设计简单，施工方便，还有利于降低造价。

参考文献：

[1]文建江.多高层建筑转换结构设计研究[J].低碳世界，2023，13（3）：94-96.

[2]程俊.基于高层建筑结构转换层的结构设计探讨[J].建筑与装饰，2023（6）：66-68