高层建筑混凝土结构转换层设计要点

陈超

（江西省建筑设计研究总院 江西南昌 330046）

前言

在现代城市的建设呈现高速发展的态势下，社会和公众也对建筑物的建筑形式有了不一样的需求，而城市的用地却还是一如既往的紧张，因此就要求同一栋高层建筑需要通过结构的丰富来同时提供多种功能，满足社会和公众的需求。转换层由此应运而生，通过转换层来实现多个功能区的相互独立。转换层在不同功能区之间起到过渡作用，但转换层也会对在一定程度上影响建筑的抗震性能，因此转换层结构的设计尤为重要。

1 转换层结构介绍

1.1 转换层结构的来源

在现代高层建筑的设计过程中，建筑结构的形式日趋多元化，而混凝土结构转换层的出现就是为了使高层建筑物在使用性能上能够得到较大的提升，运用转换层将整个高层建筑的内部空间划分为两个空间，其中一个空间是将高层建筑的底部数层设计为一个大空间，例如商业综合体，另一个空间是将高层建筑的上部各标准层设计为小空间，例如高层住宅，但这样分隔的空间设计会使得构成高层建筑上部楼层的部分竖向构件剪力墙，框架柱，无法直接落地与结构基础相连，如此一来就需要混凝土结构转换层的设计来实现两种结构体系的过渡转换。

1.2 转换层结构的特点

首先，高层建筑中的混凝土转换层结构均需要按抗震设计，并进行相应的抗震构造措施处理。而规范中，对部分框肢剪力墙结构的最大适用高度，也提出了相应的要求。在现代高层建筑中，建筑物的荷载要求很大，因此转换层的大梁与支承柱二者之间的连结处应力相对来说较为集中，如此一来，混凝土结构转换层便容易导致抗震不利因素的产生，因此需要对混凝土转换层结构的设计进行相应抗震处理，框肢剪力墙转换层设置的高度，转换梁、框肢柱的最小截面，配筋率，以及通长钢筋等，高规中均予以明确要求。

2 转换层结构设计要点

2.1 结构类型的选择

为了确保高层建筑中混凝土结构转换层能够符合建筑质量和建筑要求，达到高层建筑结构的安全性和经济性要求，进而使该高层建筑设计符合建筑物的功能性要求，因此对于混凝土结构转换层的结构类型选择时应当更加慎重，结合个案即高层建筑的具体功能要求、具体条件来选型。

2.1.1 箱形转换层结构

从箱形转换层结构整体来看，这一结构最大的优点是能够确保高层建筑中的上层建筑部分的竖向构件的向下传力得到有效进行，但是在箱形转换层结构的设计过程中，其内部结构设计较为复杂，对于其内力分析也十分繁琐。与此同时，目前中国建筑行业中，对于混凝土结构箱形转化层的实践技术研究处于起步阶段，包括设计和施工等各个方面都不太成熟，因而实际操作应用的难度较大。

2.1.2 厚板转换层结构

从厚板转换层结构整体来看，这一结构是三种混凝土结构转换层中最不宜选择的一种结构。首先，使用厚板会转换层以及相邻上下层使所用混凝土和钢筋的总量大大增加，从而使投资成本大幅度提升，经济性较差；其次，和箱型转换层结构一样，厚板转换层结构的内部受力分析也同样较为复杂。

2.1.3 梁式转换层结构

从梁式转换层结构整体来看，这一结构是三种混凝土结构转换层中最具经济性及合理性的一种结构。首先，梁式转换层的内部建筑空间布置相对较为灵活，对建筑功能影响较小，同时，梁式转换层采取转换梁的方式来设计，使得高层建筑的上部建筑的竖向构件进行传力的路径较为清晰，能够满足高层建筑混凝土结构转换层的抗震各项指标；其次，梁式转换层较其他两种混凝土结构转换层而言，它的设计难度和具体施工的难度都相对较小，是高层建筑混凝土结构转换层的最优之选。

2.2 转换层结构的设计原则

在进行高层建筑混凝土结构转换层的设计过程中，需要注重转换层上下竖向结构的合理设置，保证落地剪力墙的数量百分比，以此来解决建筑竖向结构构件的刚度突变，如果无法进行内部结构的合理设置，将会导致该高层建筑的竖向刚度发生突变性的转变，出现抗震不利的薄弱点，影响该高层建筑整体结构的抗震性。

在高层建筑混凝土结构转换层的设计过程中，最应当遵循的原则就是对转换层的上层和下层的两部分建筑的刚度比进行严格的控制，通过对它们刚度比的控制，来使整体建筑竖向构件的抗侧力能够得以提升，从而降低整体建筑竖向构件的刚度突变性，如此一来可以使整个高层建筑混凝土结构的整体性，刚度比，位移比满足规范要求。在高层建筑混凝土结构转换层的设计过程中，还应当通过设计来使高层建筑上部建筑的竖向构件相对减少，以此来降低转换层结构的刚度差值，进而有效避免混凝土结构转换层的刚度发生突变性的转换，以此来实现高层建筑混凝土结构转换层较难实现的抗震性功能，使高层建筑的抗震需求得到最大程度上的满足。

在高层建筑混凝土结构转换层的设计过程中，还应当对转换层梁柱截面进行重点的设计与控制，一般而言，转换梁高度不应小于其计算跨度的1／8，，截面宽度不宜小于其上墙体截面厚度的2倍和400mm的较大值。转换梁也不宜开洞，若无法避免，洞口边离开支座柱边的距离不宜小于梁截面高度，被洞口削弱的截面也应进行承载力验算，并予以加强。转换柱在满足普通柱的抗震要求之外，对截面，最小箍筋直径，箍筋间距以及体积配股率提出了更高的要求。

3 总结

在现代社会中，城市建筑的高度始终呈现逐渐增加的态势，为了使高层建筑物能够得到合理和最大限度的利用，对于其结构形式的要求也变得愈加复杂。混凝土结构转换层便是非常实用的一种建筑结构形式，它可以使高层建筑的功能不再单一，实现高层建筑的功能性转换，实现多个功能分区在同一个高层建筑物的建筑空间中并存。对于转换层的设计要点，无非是进行结构选型以及结构设计所必须遵循的原则，只有根据实际情况慎重选择转换层结构类型，并在设计及施工全程遵循设计原则，才能使高层建筑混凝土结构转换层达到设计要求、成为高层建筑整体质量的促进者。