高层建筑中的转换层结构设计要点研究

张根沛

摘要：在当前城市的建筑中层建筑的建设越来越广泛，其功能性极强，多功能的建筑在设计时，需要对其内部结构进行合理布局。高层建筑在结构方面，为了满足特定的建筑功能，通常会设计结构转换层因此在高层建筑的结构设计中，设计人员必须对结构转换层设计进行分析，以保证建筑的质量和使用安全^[1-2]。通过对高层建筑中转换层的设计和作用进行分析，并通过介绍转换层的结构形式类型，最后以梁式转换层为例展开论述，研究其设计要点。

关键词：高层建筑;转换层;结构设计;要点

1 高层住宅建筑结构设计特点

在高层住宅建筑中，主要采用框架结构、剪力墙结构和框剪结构。其中，框架结构由杆件刚性连接构成，能够灵活进行空间布置。但梁柱截面较小，使得结构刚度小，侧移大，抵抗力较差，不适用于地震区。剪力墙结构则是首选结构形式，能够利用钢筋混凝土墙体对水平力、竖向力进行承载，利用剪力墙对墙体和楼板进行较好连接^[1]。该种结构刚度较大，具有較强抗震能力。框剪结构是利用大剪力墙对部分框架结构进行替代，利用楼板和连梁构成结构体系，使结构整体刚度得到提升，受水平荷载作用可以产生较高承载力。实际在高层住宅建筑结构设计中，需要考虑结构延性，确保结构进入塑性阶段依然维持较强变形能力，以免建筑发生坍塌问题。结构侧移需要控制在一定限度范围内，避免水平荷载作用下结构发生过大侧移变形。由于竖向荷载基本为确定数值，风荷载、地震作用等将有所变化，水平荷载变化幅度较大，设计时应确保引发的轴力、弯矩能够与楼房高度成正比，以免结构受到过大影响^[2]。而在竖向荷载过大时，结构柱将发生较大轴向变形，导致连续梁中间支座位置负弯矩变小，跨中正弯矩与端支座弯矩加大，影响结构安全性。此外，高层住宅建筑需要加强结构抗震设计，保证建筑做到小震不坏、大震不倒。

2 不同类型转换层结构和设计方法

2.1 梁式转换层结构

梁式转换层通过直接传导的作用连接上下结构，使设计人员可针对功能、造价进行结构强化，基于造价条件进行钢 筋、混凝土等材料结构的设计，明确转换梁的标准控制设计条件。根据设计应用下的楼层高度及结构上下受力差异，将设计形式与材料控制进行跨度距离的要求，依据结构配筋和承载条件进行截面尺寸控制，明确钢筋分布与截面承载的受力关系。依据上部承载中常用的框架结构进行截面设计，依据下部结构的悬挂力进行墙体设计，依据平衡受力状况进行设计相关的方法作用要求设计，结合梁所处位置的性能设计进行结构稳固性设计。

2.2 桁架式转换层结构

桁架式转换层的设计需结合结构整体条件进行结构层设计，使用钢结构进行位置中的桁架搭建及层面设置，可通过加入固定数量的腹杆将桁架的弦杆用于楼面设计，根据上下结构层设置进行整体受力状况的自重要求。其设计应用应结合荷载条件及抗震条件，形成对结构自重所能影响的侧面刚度以及弯矩，进行结构内力和设计要求下的标准作用分析，针对抗震性能需求进行力的集中点、分散点的设计，针对应用时难度变化进行技术要点的规定以及框架内容的优化。明确设计中可采用的整体结构对施工过程进行性能调节，明确转换层所要保障的承载、安全等与自重相关的性能条件，对技术质量及设计控制进行结构应用方面的测试，针对此结构的自重优势进行与其他类型相比较的承载性能差距，不断优化设计时的性能控制和受力调节。

2.3 厚板后梁式转换层结构

厚板后梁式转换层结构适用于上下柱网轴线错开较多的建筑结构，采用厚板转换层来实现结构对接，具有很强的工程应用灵活性，但是厚板后梁式的转换层重量较大，使用的承重材料较多，而且厚板式转换层是一个完整的整体，刚度较大，造成上层结构的布置困难，受力状况模糊，不方便配筋计算。由于增加了暗梁，再加上其上部承载重量较大，对下部结构的稳定性造成一定的影响，如果发生较为强烈的振动，会造成厚板的应力沿着竖向方向发生激增，上下层受力严重不均，甚至会发生裂缝现象。厚板转换层结构设计通常先进行三维空间内力分析，尤其是对转换层边界形状不规则、荷载分布复杂等特殊情况进行有线单元的应力分析，从而得出相应的内力计算结果、内力组合和配筋方式，同时模拟竖向荷载下的弯曲、剪应力、局部应力等数据。

3 建筑转换层结构的合理设计策略

3.1 合理选取构件

在对构建展开选取工作期间，必须要将转换层的施工作业特征以及设计原则作为依据，从而展开更加科学、合理的选取，绝不可以出现随意选取、盲目选取的现象。在设置落地构件期间，必须要确保其能够与重心贴近，并且确保其具备均匀性以及对称性。必须要选取具备较高强度的落地构件，并且通过混凝土与钢筋的相互作用，从而将构件的抗剪刚度、抗弯能力大幅度提升。

3.2 转换梁与配筋

在转换层角度而言，必须要综合、细致地探究转换梁内部受力的大小状况，还需要对上部与转换梁的完全融合分析成果进行关注。在开展设计工作期间，应该将支座负弯矩迅速衰减的特征有充分的掌握，并且将钢筋牢靠、深入至支座处，将弯筋的选取避免，如果梁存在较小的跨度，可以将建筑上层位置的支座负筋拉通。对于沿梁的间距，应该控制在200 mm的范围中，腰筋的直径需要大于16^[3]。将实际的作业施工作为依据，可以了解深梁的受拉翼缘可以由转换梁形成，可以收获理想的成果。

3.3 确保转换层刚度

转换层高度的变化会影响结构刚度及性能强度，高层建筑中的设计通常将转换层结构作为重点内容，依据整体质量需求将转换层的荷载情况进行设计分析，基于结构中可能出现的突变反应进行薄弱位置上强化设计。根据建筑整体的刚度要求进行设计条件内刚度测试，使转换层刚度能基于上部结构进行控制调整，依据剪力墙结构进行墙体厚度、混凝土用量上的控制，基于结构强度进行设计方案内数据应用控制及刚度性能控制。根据墙体分布方位进行结构布置方面要求，保障抗震性能使设计能依据项目等级标准进行材料刚度要求，在应用设计时能基于刚度控制进行建筑性能控制。