高層建筑結構轉換層設計研究

開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇高層建筑結構轉換層設計研究，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。

高層建筑結構轉換層設計研究:探討高層建筑結構轉換層的結構設計

【摘要】在社會發展越來越迅速的今天，我們對各種服務行業的要求也越來越高，特別是高層建筑也得到了迅速的發展，應人們的要求，高層建筑也正向著多樣化、復雜、多功能的方向發展，但是，其建設難度也大大增加，本文首先對高層建筑轉換層的定義、類型及功能進行了系統的論述，根據分類又進一步的進行了研究，最后提出了一些常見問題以及解決方案，希望對相關部門提供借鑒。

【關鍵詞】高層建筑；轉換層；結構設計；類型

1.前言

高層建筑的結構轉換層設計是一項非常復雜的工程，在設計施工之前必須要對其進行細致的分析討論，確定方案無誤時才能進行施工，從力學的角度來分析，可以看出高層建筑轉換層的上下層內力比較集中，并且地震力集中，設計起來非常困難，這也逐漸成為高層建筑設計的重要問題之一，一直受到國內外的高度重視，為了保證設計的舒適安全，必須要對高層建筑的結構變化處設置轉換層，下面我們就對轉換層設計進行系統的論述。

2.轉換層的定義和功能

高層建筑轉換層可以分為兩類，一類是結構轉換層，另一類是功能轉換層，本文主要是對結構轉換層進行論述。

結構轉換層的定義：對于一些高層建筑來說，結構轉換層的設計有一定的難度，高層建筑一般上部用于公司辦公或者居民住房，這樣需要的墻多柱少，而下部一般用于超市等的商業用處，需要更大的空間，這樣需要的就是墻少柱多，所以就必須要對其進行轉換，將上部的墻體所承受的內力轉移到下面的支柱上，這樣的具備轉換力的樓層一般被稱為結構轉換層。

功能：結構轉換層的功能有很多，主要是將上下樓層的結構進行轉換、改變上下層的柱網和結構類型、對上下層結構類型和柱網一起改變。

3.結構轉換層的類型及設計方法論述

高層建筑結構轉換層可以分為四種類型：梁式轉換層、厚板式轉換層、箱式轉換層和桁架式轉換層。

3.1梁式轉換層

特點：梁式轉換層分為托柱形式轉換梁截面設計和托墻形式轉換梁截面設計，這兩者是按功能不同來進行劃分的。

（1）托柱形式轉換梁截面設計。當轉換梁承接的是上部的普通框架時，可以按照普通的截面設計進行配筋計算，因為這時的轉換梁承受的力基本上和普通梁承受的力是一樣的，但是，當轉換梁承受的是上部斜桿框架時，就應該按偏心受拉構件進行截面尺寸設計，因為，此時的轉換面承受的是軸向拉力。

（2）托墻形式轉換梁截面設計。在轉換梁的施工過程中，力學問題是一個關鍵問題，必須要予以重視，當轉換梁承受上部的墻體是小墻體時，要采取普通梁的截面設計方法進行配筋計算，且縱向的鋼筋也可以放置在轉換梁的底部，像普通梁那樣布置就可以了；當轉換梁承受的是上部墻體且滿跨不開洞時，轉換梁應采取的截面設計方法是深梁截面設計方法，它的受力特點和破壞形態表現為深梁，不過此時的轉換梁跨中較大范圍的內力較大，所以其縱向的鋼筋就不應該彎曲或者截斷了；當轉換梁承托上部墻體滿跨或者不滿跨時，但是剪力墻長度比較大時，應該采取的轉換梁設計方法是深梁截面設計方法。

3.2箱型轉換結構

當轉換梁的截面較大時，可以在轉換梁的梁頂和梁底同時設置一層樓板，遍布全層，使得整個樓層都構成“箱子”形式，也因此被稱為“箱型轉換層。

箱型轉換結構也是高層建筑設計中較為常用的一種結構形式，在設計過程中主要要注意支撐體系的合理設置，這是保證建筑施工質量的重要前提，主要特點有：層高大、自重大、混凝土強度高、結構受力比較復雜、墻柱模板支設困難等，主要優點是轉換層本身的整體性非常好，但是，它也有其缺點，就是它直接占用了整個樓層的面積，使得這個樓層不能再有其他用途，只能當做設備層使用，還有一個缺點就是上面所提出的自重大、造價高，這也是在實際應用當中很少使用的原因。

3.3厚板式轉換層

這種厚板厚梁式轉換結構主要優點是布置靈活，整體性比較好，當上、下柱網線錯開比較多很難用梁來承托時就需要采取這種形式，做成厚板，厚板的厚度也可以根據上下的結構以及柱網尺寸而定，但是這種厚板式轉換層的自重很大，地震作用大，耗費材料多，不僅耗費資金而且還容易發生震害，所以這種方法采用的也不是很多。

厚板式轉換層可以采用TBSA等的三維空間分析程序對整體進行內力分析，主要是轉換板的不規則邊界，這樣的一般會采用有效單元法進行內力分析，還可以采用復雜樓板有限元分析軟件進行進一步計算，還可以對板在收到豎向壓力荷載的受彎和局部壓力等的進行計算。

3.4桁架式轉換層

桁架可以分為兩種，一種是空腹桁架，另一種是實腹桁架，這種桁架式轉換層主要是由梁式轉換層結構轉換而來的，與梁式轉換層相比它的受力更加明確、整體性好、抗震能力強、框架支柱柱頂彎矩和剪力更加小一點，這是它主要的優點，但是缺點也比較明顯，施工難度大，更加復雜、節點設計難度大。可以對其進行整體結構的內力分析，當高層建筑的下部為大商場時，需要的空間必須要大，上部則是居住辦公等的小空間，在這時就可以采用桁架式轉換層，特別是在需要設置管道時，更要采取這種方式，一般采用桁架式轉換層時應該跨滿層進行布置，而且上弦節點要與上部密柱中心對齊。桁架式轉換層的重量比較小，所以也減小了下部框架的承重負荷。

4.轉換層施工遇到的問題及對策

4.1遇到的問題

（1）轉換層的自重大、占用空間大、結構復雜，在施工過程中難度大，材料的占用量也非常大，施工成本也大大增加。（2）在轉換層中，有的具有大體積的混凝土施工，這樣容易出現升溫裂縫的現象。（3）要減小轉換層施工對下部的影響。

4.2解決措施

（1）合理的對支撐體系進行布置，要結合下部結構特點進行靈活的布置，采用懸空支撐體系進行支撐，盡量減小對樓板直接的作用力。（2）對于轉換層混凝土體積較大，應該采取一定的措施，比如：采用養護措施對溫度進行調整、使用低水化熱的礦渣、在完成施工拆除支撐體系時，要確保混凝土的干濕程度是否符合要求等等。（3）減小轉換層施工對下部的影響主要采取的措施是分層澆灌混凝土，讓先澆灌的部分承擔一部分的重量，卸載支撐體系的負荷。（4）在鋼筋翻詳前一定要對設計意圖以及熟練程度、審核等進行深一步的了解，熟練掌握相關規定，當轉換梁的高度較高時一定要保證鋼筋骨架的穩定，這樣才能安全方便的進行操作。

5.結語

高層建筑中，結構轉換層的設計一直是建筑行業人員十分關注的問題，由于其結構的復雜性和工程量巨大，需要工作人員對其進行充分的了解，合理的設計規劃，對于高層建筑轉換層的設計要選擇合理的、合適的轉換層形式，在設計布置時，加強主要構件來增加設計結構的安全性和穩定性。目前高層建筑的轉換層設計還不完善，需要我們不斷的研究發現，進行深一步的探索。

高層建筑結構轉換層設計研究:探討高層建筑結構轉換層設計問題

【摘 要】隨著社會的發展以及人們生活的需求，城市高樓越來越多，為了方便使用，很多高樓都會設置轉換層。轉換層設計作為高層建筑結構設計的關鍵，直接影響到高層建筑結構轉換層設計質量與水平。

【關鍵詞】高層建筑；結構轉換層；設計問題

近年來，隨著我國經濟持續快速發展，人們對高層建筑功能要求趨向于多樣化、綜合化，較為常見的形式是以上部為小開間的民用住宅，下部為大開間的商場或公共娛樂場所。為滿足建筑要求，在上下不同結構體系轉換的樓層設置轉換層，轉換層建筑結構應運而生。本文主要研究高層建筑結構轉換層類型，以某工程為例探討高層建筑結構轉換層設計要點，為建筑工程設計單位在高層建筑結構轉換層設計方面的進一步開展提供借鑒。

1 常見高層建筑結構轉換層類型

不同的建筑結構，其對于建筑結構轉換層的需求類型是不一樣的，在實際的建筑結構轉換層設計過程中，設計單位需要根據本工程或者本建筑的實際需求，采用不同的建筑結構轉換層，從而提高建筑工程的需求質量。筆者根據多年的建筑結構轉換層設計經驗，對于建筑結構轉換層常見的類型進行了匯總。總體來講，常見的建筑結構轉換層主要是是以下兩大類型：

1.1 梁式轉換層

梁式轉換層是一種常見常用的高層建筑結構轉換層類型，它主要是將上部剪力墻結構設計在框支梁上，然后通過框支柱的支撐作用，使得框支柱可以最大限度的支撐起框支梁，從而形成一種完整的結構受力體系。梁式轉換層分為兩種，一種是縱向轉換，一種是橫向轉換，特殊情況下，甚至還存在著縱橫向同時轉換的現象，對于這種縱橫向同時轉換的情況，設計單位需要采用雙向梁布置的方式。這種縱橫向同時轉換方式，是具有著巨大的優點的，無論是對于設計還是對于施工來說，都是比較簡單易行的，而且它的傳力放向也是較為準確的，正是因為如此，這種梁式轉換層設計結構逐步受到廣大建筑設計單位的追捧，是當前我國高層建筑結構轉換層設計中，最為常用的結構轉換層形式之一。在實際的設計過程中，一般是需要采用較大空間的框支剪力墻結構體系來完成，從而提高梁式轉換層設計質量。

1.2 箱式轉換層

箱式轉換層是另一種常見常用的高層建筑結構轉換層類型，它主要是適用于轉換梁截面過大的情況。轉換梁截面過大，很容易使得樓板滿足建筑結構的剛性需求，采用梁式結構的話，容易出現設計理論與實際需求相脫節的問題出現。為了避免這種情況發生，箱式轉換層也就應用而生。箱式轉換層主要受在轉換梁梁頂部與轉換梁的底部，同時設置一層樓板，這就是箱式轉換層結構。箱式轉換層結構不同于梁式轉換層結構，它具有著梁式轉換層所不具有的優點。箱式轉換層結構的關鍵在于轉換梁，它的轉換梁的剛度比較大，而且約束性比較強，因此，箱式轉換層結構的整體性受力效果也是很好的，尤其是在受力方面，箱式轉換層結構上下部受力都是比較均勻的。同時，值得注意的是箱式轉換層結構也是存在著缺陷的，那就是施工比較復雜而且它的施工工期比較長，施工成本也是比較大。

1.3 其他類型的轉換層

除了以上兩種最為常見的轉換層之外，還有其他類型的轉換層，例如厚板式轉換層、桁架式轉換層等，這些轉換層結構由于無論是在施工上還是在設計上，無論是在經濟效益還是在施工質量上，都存在著眾多的缺陷，因此這些轉換層的運用都是比較少的。

2 某工程高層建筑結構轉換層設計

2.1 工程概況

該工程處于某城市的市中心，屬于高層建筑商業住樓，建筑面積在2.8萬平方米。該高層建筑商業住樓地上有22層，地下有2層，建筑的總體高度是70.4米。該建筑的平面較為復雜，一層和二層主要是由于空間比較大，主要是大型的商場，三層以上則主要是住宅用房，地下二層是設備備用房，地下一層是汽車房。該建筑的結構轉換層主要是設置在二層頂樓，轉換層以下為框支剪力墻機構，轉換層以上為剪力墻結構。

2.2 計算模型

對于該工程進行高層建筑結構轉換層設計，選擇力學計算模型至關重要。力學計算模型直接關系到轉換層設計的精確度與準確度。在實際的高層建筑結構轉換層設計過程中，可以選用三種常用的力學計算模型，包括空間桿系模型、平面墻板模型、空間墻板模這三種。該建筑結構的計算模型主要是采用的TBSA空間分析程序，通過運用TBSA空間分析程序對于該建筑的整個建筑結構進行分析，其中的分析方法便是空間桿系模型。該建筑由于實際工程為空間結構，用平面墻板模型有其局限性，應采用空間墻板模型計算，用空問有限單元法分析，鑒于目前尚無空間有限元分析程序，可以在平面有限元分析結果的基礎上乘以一個小于1的空間作用分配系數。

2.3 轉換層設計

該建筑的轉換層設計，需要嚴格按照規范，將剪力墻設置在框支架梁上，但是需要注意的是，轉換層的上下部軸網不能出現重合，否則很容易影響到轉換層的設計質量。該建筑則將其設計成高交叉框支主梁，從而滿足實際建筑需求。該建筑框支梁的計算采用的是SATWE程序，同時采用FEQ程序進行復核。關于鋼筋的配筋率，該建筑采用的配筋率是0.3%，斷面是800mm X 1800mm，樓板厚度在180mm以上。通過以上數據監測，這些數據可以滿足該建筑結構的實際需求。

2.4 設計注意事項

保證大空間層有足夠的剛度，防止沿豎向剛度變化過于懸殊，嚴格控制轉換層上下結構側向剛度比；結構布置盡量左右對稱，加強薄弱部位樓板的厚度及配筋；在結構整體分析中，考慮薄弱部位樓板平面內變形對結構受力的影響；控制風荷載和地震作用下結構層間位移角，地震作用要滿足規范對地震基底剪力與重力荷載代表值限制；控制結構底部加強區剪力墻及其他部分剪力墻、框支柱及非框支柱軸壓比。

3 總結

綜上所述，轉換層結構較為復雜且工程量較大，設計人員首先應注重概念設計，這樣可以少走彎路；其次通過上述計算和分析可以得知，此類建筑在平面布置上應盡可能規則、對稱，減少偏心，優化調整轉換層上下結構的布置和剛度；同時應注意框支梁、框支柱等構件的特殊性；最后也應考慮施丁難度大的因素，在設計時盡量考慮施工可行性，以達到最為合理的設計。

高層建筑結構轉換層設計研究:高層建筑結構轉換層設計研究

摘 要：本文結合多年工作經驗，對高層建筑結構轉換層設計談一些看法。

關鍵詞：高層建筑 結構轉換層 設計

現代多功能高層建筑常常設置轉換層，大震作用下，易形成薄弱層，轉換層位置較高時，轉換層下部落地剪力墻及框支結構易開裂和屈服，上部墻體易于破壞，從而不利于抗震。本文結合多年工作經驗，對高層建筑結構轉換層設計談一些看法。

一、高層建筑結構轉換層概念

1、轉換層的定義和功能

因建筑物功能的需要，上部需要小開間的軸線布置，需要較多的墻體；下部則希望有盡可能大的空間，柱網要大，墻體要盡量少。因而，上部部分豎向桿件不能直接連續貫通落地。而通過水平轉換結構與下部豎向桿件連接，這樣構成的高層建筑稱為帶轉換層的高層建筑結構。轉換層主要實現以下功能：

（1）上層和下層結構類型轉換。多用于剪力墻結構和框架-剪力墻結構，它將上部剪力墻轉換為下部的框架，以創造一個較大的內部自由空間。

（2）上、下層的柱網、軸線改變。轉換層上、下的結構形式沒有改變，但是通過轉換層使下層柱的柱距擴大，形成大柱網，并常用于外框筒的下層形成較大的入口。

（3）同時轉換結構形式和結構軸線布置。即上部樓層剪力墻結構通過轉換層改變為框架的同時，柱網軸線與上部樓層的軸線錯開，形成上下結構不對齊的布置。

2、結構轉換層常見類型

轉換層根據建筑功能的需要，可作為正常使用的樓層，但應有較大的層高作為保證；在層高受限制或設備專業需要時，也可以作為設備層，在結構型式上，轉換層在設計常分為以下幾種類型：

（1）梁式轉換層，即將上部剪力墻在框支梁上，再由框支柱來支撐框支梁的結構受力體系。當需要縱橫向同時轉換時，則采用雙向梁布置。其優點為傳力3直接、明確，傳力途徑清楚，受力性能好，構造簡單，施工較方便，設計計算較容易，是目前應用最廣的轉換層結構型式。一般運用于底部大空間的框支剪力墻結構體系。

（2）桁架式轉換層。該結構形式是由梁式結構轉換層變化而來的，整個轉換層由多榀鋼筋混凝土桁架組成承重結構，桁架的上下弦桿分別設在轉換層的上下樓面的結構層內，層間設有腹桿。由于桁架高度較高，所以下弦桿的截面尺寸相對較小。桁架分為空腹桁架和實腹桁架2種，它可以是鋼桁架，也可以是鋼筋混凝土桁架，在鋼筋混凝土高層結構中常用鋼筋混凝土桁架。與梁式轉換層相比，它的整體性好，受力性更加明確，自重較小而抗震性能好，而且便于管道的安裝與維護等，但在施工上比較復雜，在設計上表現為節點的設計難度較大。

（3）箱式轉換層，當轉換梁截面過大時，設一層樓板已不能滿足平面內樓板剛度無限大的假定。為了使理論假定和與實際相符，可在轉換梁梁頂和梁底同時設一層樓板，形成一個箱形梁，箱形梁的這種轉換結構，一般宜遍布全層設置，且沿建筑周邊環通構成“箱子”，即稱箱式轉換層。箱式轉換層的重要優點在于，轉換梁的約束強，剛度大，整體受力效果好，上下部傳力較為均勻，還可將其利用作為設備層，其缺點是施工復雜，造價較高。此外，轉換層還有厚板式轉換層、桁架式轉換層等。但大都因受力復雜且施工難度大、經濟效益不高而實際應用相對少。

二、高層建筑轉換層設計要點

1、高層建筑的轉換層結構布置

轉換結構可以根據其建筑功能和結構傳力的需要，沿高層建筑高度方向一處或多處靈活布置（或是樓層局部布置轉換層），且自身的這個空間既可以作為正常使用樓層，也可以作為技術設備層，但應該保證轉換層有足夠的剛度，以防止沿豎向剛度過于懸殊。當建筑物較高柔（如框架-優秀筒結構），整體剛度可能不足，在結構豎向的一定部位設置水平剛性樓層（加強層），人為地加強結構的整體彎曲效應，這時轉換層可同建筑物的加強層、設備層等統一考慮。對大底層上部為多塔的建筑，塔樓的轉換層宜設置在裙樓的屋面層，并加大屋面梁、板尺寸和厚度，以避免中間出現剛度特別小的樓層，減小震害。對部分框支剪力墻高層建筑結構，其轉換層的位置，7度區不宜超過第5層；8度區不宜超過第三層。

2、高層建筑的轉換層結構要保證抗震性能

高層建筑要考慮的層面不是簡單的舒適度這樣的問題了，還要考慮抵御自然災害的能力，我國近幾年來地震頻繁，受災情況有目同睹，因此在高層建筑的實際中已把這個情況列為首要追蹤的關鍵性問題，下面就對減免自然災害帶來的問題進行思考，找出解決的策略。一方面由于地震震感極強，在高層建筑的轉換層設計上就要加強抵御震力的能力，對轉換層的上下層次要做重新的設計，盡可能的把上下的豎向構架進行重新的分配，對樓板也要進行剪力的重新構造，減弱平面內的受力狀況，加強地震剪力的安置，這是至關重要的，不可忽視。

對帶轉換層的剪力墻結構及帶轉換層筒體結構這兩類轉換結構，通過轉換層上下層間位移角及內力變化情況的分析，可得出影響其抗震性能的主要因素，分別是：轉換層設置高度、轉換層上部與下部結構等效剛度比、轉換層結構與其上層結構側向剛度比。對帶轉換層筒體結構其主要影響因素表現為轉換層上部外筒的剛度、轉換層設置高度和內筒剛度對轉換層位置較高的帶轉換層的剪力墻結構僅僅控制轉換層上、下樓層的側向剛度比是不夠的，還應控制轉換層上部與下部結構等效剛度比，轉換層上部與下部結構的等效剛度比越大，轉換層上下層間位移角及內力突變情況越明顯，設計時應當加以控制，使其盡量接近于1，且不大于1.3。帶轉換層的筒體結構，如轉換層上部的外筒為框架，一般情況下不會發生剛度突變，但建立傳力途徑的變化仍然存在。

3、高層建筑轉換層結構的過度受力及軸壓比控制

（1）過度受力。高層建筑轉換層的結構設計，不是我們想象的那么簡單，在這個過程中，樓層的梁面和柱面分別有兩種表現形式，從柱面來看，主要的突出表現有強柱和弱柱，從梁面來看主要由強梁和弱梁。不要輕視這兩個構件，它們直接影響著轉換層的豎向負載能力以及構架的內力，在高層建筑施工期間，對施工的進度和時間也有一定影響，尤其是在轉換層構架與若干層構架同時出現在施工階段的時候，這個構架的內力變化尤為突出，若不及時采取措施，必會因為施工階段轉換構件的過渡受力而影響高層的進度，造成高層建筑施工延時延工。

（2）控制軸壓比。高層建筑中轉換層還要注意軸壓的比率，盡量控制這個比率，我們知道，轉換層的支梁和支柱在內交角的位置，有一個突出的應力表現情況，由于深受水平負載以及垂直負載的雙重影響，柱子的橫截面，柱子的剪力，以及柱子的彎矩在相對條件下較小，所以軸壓力的承受力主要受框支柱所支撐，轉換層以上的墻體垂直負載和水平負載差不多都能借助板平面內的剛度傳遞給落地剪力墻，因此要嚴格控制框支柱的軸壓比。例如，在一高層建筑實處，設計的方案是這樣的：抗震設計時框支柱的軸壓比小于0.6，砼的強度等級高于C20，但低于C30，采用螺旋箍圍繞框支柱全高密度較小，箍筋直徑要不足10，問距不足100rnm，這個設計方案，在真正實行的過程中限制了柱箍筋配箍率，減弱了轉換層柱的抗剪能力。因此要切合實際的對高層建筑進行科學的檢測，確保萬無一失。

三、結束語

總之，任何事物的都要根據具體的實際的問題出發，根據客觀存在的條件，根據高層建筑中的實際問題，依據不同的特點和特征，適當將物理學中的力學因素參考進來，遵循事物發展的規律，尊重自然的情況下，設計出最佳方案。另外，在設計上不要循規蹈矩，打破以往的設計因素，確保方案設計的全面性、科學性，減少高層建筑施工中的風險和難度。

高層建筑結構轉換層設計研究:關于高層建筑結構轉換層結構設計的研究

摘要：在現代高層建筑工程項目中，設計是確保工程質量的根本前提，同時也是整個建筑工程項目建設的重要依據。在高層建筑結構中，轉換層作為樓層的上下部之間的重要轉換結構，且根據建筑功能的需要，不同的樓層的轉換層的結構設計也存在較大的差異。而結構又是確保整個工程質量的重要部分，其設計質量的高低與工程質量的高低有著密切的關系。因而作為高層建筑結構設計人員，在高層建筑結構設計中必須注重轉換層結構的設計，為最大化的確保設計水平的提升，為整個工程質量的提升奠定堅實的基礎。

關鍵詞：高層建筑結構；轉換層結構；設計

在高層建筑轉換層結構設計中，為了更好地滿足高層建筑各部分結構功能的正常發揮，就必須致力于設計水平的提升，才能更好地滿足當前高層建筑多元化、復雜化的使用需求。那么作為新時期背景下的高層建筑結構設計人員，應如何在實際工作中加強對其的設計呢？筆者結合自身工作實踐，做出以下幾點分析。

1.概述高層建筑結構中的轉換層結構

1.1加強高層建筑轉換層結構設計的必要性

為了更好地設計高層建筑的轉換層結構，作為設計人員對高層建筑的轉換層結構有一定的認識，并通過查閱相關資料，總結設計過程中出現的問題和不足，在設計過程中盡可能地結合工程實際進行針對性的設計，才能最大化的確保設計的有效性。因此，在此基礎上，必須對轉換層的定義有一個基本的認識。那么什么是轉換層的結構呢？

1.2關于高層建筑轉換層結構的定義的分析

隨著城市化進程不斷的加快，城市土地資源的日益稀缺，高層建筑已成為我國建筑事業發展的重大趨勢，而作為新時期背景下的高層建筑轉換層結構設計人員，往往為了滿足當前人們對建筑功能需求日益增長的現狀下，給建筑留下更大的內部空間，促進建筑網狀的擴大而降低墻體的修建規模，且為了在建筑結構的上層開設小空間，就必須利用多層墻體而實現，但在實際設計過程中，很多設計人員會發現，由于豎向桿件難以貫通接地，這就難以達到高層建筑結構與功能的銜接，此時就必須利用水平轉換結構連接下部的豎向桿件，以此來滿足高層建筑對各項功能的需要，而采用的這一建筑結構就是轉換層結構[1]。

1.3轉換層結構在高層建筑結構中的重要作用分析

通過上述分析，我們對高層建筑的轉換層結構的概念有了一定的認識，那么高層建筑的轉換層結構有哪些功能呢？通常情況下，一般有以下幾種：一是在上下層結構的轉換過程中設計，此種結構轉換形式主要在剪力墻結構和框剪結構之中，從而創造出較大的內部自由空間，二是在上下層柱網以及軸線變化時應用，雖然轉換層的結構沒有出現變化，但利用其將下層結構構成較大的柱網，因而主要在下層入口較大的外框筒應用；三是轉換結構的形式與軸線的布置，從而在上下層結構中形成不對稱的結構。

2.高層建筑結構中不同轉換層結構的設計策略

在高層建筑轉換層結構中，結構的類型較多，但主要有梁式、桁架式、厚板厚梁式的轉換層結構。因而為了確保設計的有效性，筆者結合自身工作實踐，就這幾種轉換層結構的設計策略做出以下幾點分析。

2.1高層建筑結構設計中梁式轉換層結構的設計策略

在高層建筑轉換層結構中，梁式轉換層結構是最為常見的一種結構形式。梁式轉換層結構主要是為了把墻轉換為梁柱，從而在結構設計時為設計人員掌握更多的傳力途徑。因而在高層建筑結構設計中加強梁式轉換層結構的應用具有十分重要的作用，不僅梁式轉換層的結構簡單，且高層造價低，所以在高層建筑中得到了廣泛的應用。因而作為設計人員，必須在設計過程中充分考慮轉換梁所承受的來自豎向桿件的荷載力，并結合不同轉換梁的結構形式的受力規律，針對性的確定設計方法，并在設計時充分考慮由于轉換層結構形式的不同和荷載作用的大小帶來的影響，以此從根本上確保梁式轉換層結構設計的有效性[2]。

2.2高層建筑結構設計中桁架式轉換層結構的設計策略

在桁架式轉換層結構設計過程中，其設計的重要的就在于如何設計節點，一旦節點受力較大，則極易導致剪切出現破壞，因而在設計過程中應使得的提高配筋量，與此同時，由于桁架式轉換層結構在高度方面的要求十分嚴格，所以必須對設計的高度進行嚴格地控制，以最大化的避免由于地震的作用給建筑結構形成破壞。加上此類結構受力規律十分明顯，應用過程中具有較強的靈活性和抗震性能，所以我們可以簡單地認為其是對梁式轉換層結構的升級和改造，而鋼筋砼作為轉換層的重要組成材料，在轉換層的樓面結合層內應設置此類結構的上下桿件，但此類結構的高度較高，且下部桿件界面的尺寸小，因而其雖然具有良好的整體性，在施工方面卻處理起來十分復雜。因而一旦在設計過程中節點設計不到位，就會導致建筑結構出現破壞，所以在設計中應十分注重。

2.3高層建筑結構設計中厚板厚梁式轉換層結構的設計策略

在現代高層建筑結構設計過程中，經常由于上下柱網的軸線出現較大的錯開，而不得不利用厚板用于承重，因而為了滿足這一要求，就必須對厚板厚梁式轉換層結構進行精心設計。但在設計過程中，必須充分考慮到，雖然利用厚板厚梁式轉換層結構能靈活地布置下層的柱網，也不用同下層結構之間相互對其，但是厚板厚梁式轉換層結構的自重往往較大，且消耗的施工材料較多，加上在傳力過程中難題結算機構，所以必須結合實際針對性地確定結構的厚度，使其在承受荷載的同時保證整個結構運行的安全性[3]。

3.高層建筑結構轉換層結構設計應注意的幾點問題

在高層建筑轉換層結構設計中，除了做好上述幾種結構形式的設計外，在實際設計過程中，應結合實際針對性的確定建筑轉換層結構的類型，并在設計過程中應注意以下問題：

首先，由于在高層建筑中設置轉換層會導致其豎向的剛度出現變化，尤其是在地震的作用下極易形成諸多薄弱的環節，進而導致整個建筑的結構的抗震性能下降，所以，在進行轉換層結構設計時應盡可能地減少豎向構件的使用，進而減少轉換結構，在降低由于剛度突然變化的情況下帶來的影響的同時提高建筑的抗震性能，在此基礎上，高層建筑豎向結構的設計應盡量選擇位置較低的部位，尤其是在確定結構形式時必須對其傳力路徑進行確定之后進行選擇，進而為結構設計水平的提升奠定堅實的基礎。

其次，為了滿足高層建筑抗震設計的要求，需要對轉換層結構上下層結構的總體剛度進行有效的處理，避免剛度突變地震作用下帶來的危害。因此，在設計過程中，通常采用加大截面尺寸、加強混凝土強度、增加剪力墻等方法來強化剛度。

最后，高層建筑轉換層結構的剛度要控制在地震作用影響的范圍之內，不宜過大，也不宜過小，剛度太大，地震作用下容易增加建筑物地震發應，剛度太小又會影響建筑物上下層結構的受力作用。因此，在結構設計時，剛度的控制是非常重要，同時在材料的消耗方面也要進行有效的控制[4]。

4.結語

綜上所述，對高層建筑結構轉換層結構設計進行研究具有十分重要的意義。作為新時期背景下的高層建筑轉換層結構設計人員，必須充分意識到加強轉換層結構設計的重要性，并切實做好各種結構形式的轉換層的設計，且結合實際針對性的確定結構的形式，以最大化的確保結構設計的有效性，為整個高層建筑的施工提供科學的施工依據，為整個高層建筑工程質量的提升奠定堅實基礎。

高層建筑結構轉換層設計研究:高層建筑結構轉換層的結構設計

【摘要】隨著我國建筑建設技術水平的不斷提升，高層建筑成為了當前建筑建設的主要對象，而設計人員在當前對高層建筑進行設計的過程中，開始面臨越來越多的轉換層的問題。本文介紹了高層建筑結構轉換層各種結構形式，探討了其設計原則和設計要點。

【關鍵詞】高層 結構 轉換層 設計

前言

一般而言，當高層建筑下部樓層豎向結構體系或形式與上部樓層差異較大，或者下部樓層豎向結構軸線距離擴大或上、下部結構軸線錯位時，就必須在結構改變的樓層布置水平轉換構件，即結構轉換層。因此，轉換結構可根據其建筑功能和結構傳力的需要，沿高層建筑高度方向一處或多處靈活布置，且自身的這個空間既可作為正常使用樓層，也可作為技術設備層，但應保證轉換層有足夠的剛度，以防止沿豎向剛度過于懸殊。對底層大空間多塔樓的商住建筑，塔樓的轉換層宜設置在裙房的屋面層，并加大屋面梁、板尺寸和厚度，以避免中間出現剛度特別小的樓層，減小震害。

一、高層建筑轉換層結構形式及受力特點

高層建筑轉換層的主要結構形式及特點

1、粱式轉換

粱式轉換層是目前高層建筑中實現垂直轉換最常用的結構形式，其傳力途徑為上部墻—轉換粱—下部柱。具有傳力直接、明確和清楚的優點，便于工程計算、分析和設計，且造價較為節省，據資料統計，粱式轉換層數量約占轉換層總量的77％。轉換梁的截面高度為0.8- 6m，高層建筑帶轉換層結構的絕大多數為梁式轉換層。

2、箱式轉換

是單向托粱和雙向托粱同上、下層較厚的樓板澆筑成一整體共同工作，從而形成剛度較大的箱式轉換層。

3、板式轉換

當轉換層上下柱網錯開較多。布置又不規則，難以用梁直接承托時，則需要做成厚板，形成板式轉換層，從抗剪和抗沖切考慮，轉換板厚度往往很大，實際轉換板厚度可達2.0- 2.8m，板式轉換層的下層柱可以靈活布置，但自重很大，材料耗用多，拖工難度大。

4、桁架轉換

桁架分為空腹桁架與實腹桁架兩種。桁架轉換層與梁式轉換相比，受力狀態更明確，可使用空間更大，自重小，抗震性能好，但其節點設計難度大，“強斜腹桿、強節點”是桁架轉換層設計的基本原則，而節點的受力狀態復雜，容易發生剪切脆性破壞，造成計算配筋多，施工不便，限制了桁架轉換的應用。桁架轉換層設計中應注意以下問題：首先是桁架轉換層一般要求高度在3m以上，當層高較小時斜壓腹桿形成超短柱，在地震作用時容易產生脆性破壞；其次是要保證上弦節點與上部集中荷載的中心對齊，充分發揮桁架的受力優勢；在上下弦和斜拉腹桿中施加預應力，可以顯著減小構件截面，經濟效果好。

5、斜柱轉換

斜柱轉換式是較為特殊的一種結構型式，它可以較好地發揮混凝土的受壓性能，形成更多更好利用的建筑空間。斜柱轉換中會產生較大的水平荷載，在實際工程中可以結合建筑物的平面布置，通過加設圈梁或拉梁，使其以最短的路徑相互平衡。轉換斜柱盡可能通過較多的樓層，以減小其在上下樓層產生的水平力，使轉換層設計更加方便。

6、巨型框架轉換

巨型框架是目前國內建筑結構發展的一個重要方向，它由豎向筒體或巨型柱與一道或多道大梁組成，具有良好的抗震性能。也可認為是多次梁式轉換。巨型框架要采用模擬施工過程的設計方法，在未形成巨型結構之前應合理地解決臨時支撐和保證足夠的抗側剛度；巨型梁以下幾層范圍內的柱內存在拉應力，應按受拉構件進行設計。

二、轉換層的設計原則

1、轉換層的豎向布置

帶有轉換的高層結構可根據其建筑功能和結構傳力的路徑，可以沿高層建筑的高度方向一處或多處靈活布置；也可根據建筑的使用功能要求，在樓層某些局部布置相應的轉換層，可根據自身的特點作為正常使用樓層，也可作技術設備層，在轉換層的設計中應確保轉換層具有足夠的強度和剛度，保證豎向剛度不能過大。如果對大底盤多塔樓的商住建筑，塔樓的轉換層宜設置在裙房與塔樓的交接樓面處，并加大樓面轉換梁、板的尺寸和厚度，目的是和上下樓層的剛度保持接近，以避免中間出現剛度特別小的樓層，進而地震對高層建筑的危害。

2、高層建筑轉換層的結構布置

實驗研究證明，底部的轉換層設置的越高，轉換層所在層上、下層剛度的變化也就越大，在荷載的作用下轉換層上、下層內力傳遞途徑的突變就越明顯；除此之外，高層建筑轉換層的位置越高，落地剪力墻因受彎也就更加容易出現裂縫，從而使框支柱的內力增大，造成轉換層附近上部墻體易于破壞。總而言之，高層建筑轉換層位置越高對建筑的抗震越不利。對于底部帶轉換層結構而言，轉換層上部的部分豎向構件（如：柱、剪力墻等）久不能直接連續貫通落地，因此，這就要求建筑結構師在設計是必須設置具有更加安全可靠的轉換構件。

3、抗震等級

對于一般工程來說，其轉換層以下為框架- - 剪力墻結構, 轉換層以上為純剪力墻結構, 是多種結構形式共存的復雜高層建筑, 因而不能像單純的框架結構或者剪力墻結構那樣籠統地確定抗震等級, 而應該嚴格按照現行規范的不同章節, 有針對性地分別確定結構體系各部位不同結構構件的抗震等級。該工程屬框支剪力墻, 高度98 .7m, 6 度設防, 框支框架等級為二級, 剪力墻底部加強部位為二級, 非底部加強部位剪力墻為三級。

三、結構設計中的問題要點

1、轉換層下部主體結構的剛度分布

對于轉換層結構來說豎向剛度突變是設計人員不可避免的、也是最復雜的問題。抗震設計時，為了保證轉換層結構上下層主體結構的總剪切剛度滿足的要求，常常要采用加大轉換層下部主體結構豎向構件（主要是優秀筒體）截面尺寸、提高其混凝土強度等級、增設剪力墻等方法。這里由兩個問題值得注意:

（1）筒體截面尺寸增大導致結構地震總反應增大以及筒體在整個下部結構抗側總剛度中所占的比重變得更大，筒體所承受的地震荷載呈現級數增大的趨勢，此時作為抗震第一道防線的筒體的安全設計更應得到充分重視。

（2）在增設剪力墻來提高抗側剛度時，要注意整體剛度的均勻分布，保證剛度中心與質量中心盡可能重合，避免由于兩者偏心引起的建筑物整體扭轉。

2、剪力墻的合理布置對上下剛度傳遞的影響

前面提到要使上下兩種不同結構形式內力得以準確傳遞，首先要盡量避免轉換層上下結構的剛度突變，這個問題可從兩方面解決：

（1）減少上部剛度，即上部住宅能不設剪力墻的部位就不設剪力墻，墻肢在滿足軸壓比的前提下盡量短;

（2）加大下部剛度，在建筑使用功能允許的條件下，可在大空間層的適當部位設置若干落地剪力墻，同時注意落地剪力墑的布局應均勻、對稱，避免過于集中。

3、轉換層結構剛度的合理選擇

在進行轉換層結構設計時，存在著轉換層結構剛度合理值的問題。當轉換層剛度過大時，一方面引起地震反應和結構豎向剛度的突然增大，使轉換層上下層處于更加不利的受力狀態，另一方面材料用量增加，結構經濟性不合理。當轉換層剛度過小時，上部框支部分的豎向構件與其它豎向構件之間可能出現較大的沉降差，從而在上部結構中與該部分豎向構件相連的水平構件中產生明顯的次應力，導致其配筋增加。這一點在正交主次轉換梁結構中的轉換次梁中表現最為突出，此時不僅轉換次梁要選用合適的截面尺寸，還要保證轉換主梁具有足夠的剛度，以減小因轉換主梁撓度引起轉換次梁的支座沉降而導致上部結構構件產生的次應力。

結論

轉換層的結構作為當前高層建筑設計人員普遍面臨的一項工作，直接決定著該建筑設計方案對于用戶需求的滿足程度，并且影響高層建筑的結構設計質量。