浅谈高层建筑结构转换层的设计应用

【摘要】随着我国城市化建设的不断发展，高层建筑成为城市化发展进程中重要的标志，高层建筑结构形式的应用范围也越来越广泛，但是高层建筑通常是通过住宅小开间和商业大开间的合理应用形成的，从竖向上来看有着很明显的变化和不同，为了更好的解决刚度的变化和不同对高层建筑产生的负面影响，需要在高层建筑结构设计中应用转换层或转换构件来实现，因此，本文对高层建筑结构转换层的设计进行了分析和研究。

【关键词】高层建筑;结构转换层;结构设计

城市化发展为高层建筑的出现提供了便利，由于高层建筑在作用和功能方面有着明显的差别，在高层建筑结构设计中应采取可靠措施保证传力路径简洁明确，且方便施工操作的设计思路。现阶段，在我国的高层建筑建设过程中，转换层技术使用频率越来越高，通過应用该技术可有效提高高层建筑使用效率，且随着工程技术不断发展，结构转换层的实施方法也越来越丰富，但是在实施高层建筑结构转换层的过程中，需要注意很多问题，如设计构件的应力分析，构造措施的切实保障，相关施工技术人员的技术问题，实施方法情况等等。而科学合理的对高层建筑进行规划，建筑结构设备等各个专业协调设计可以更好的实现结构转换层的作用，从而提高建筑功能的使用效率和工程质量。

1、高层建筑结构转换层的基本概述

1.1高层建筑结构转换层介绍

不同的转化构件及结构形式会对高层建筑的功能产生不同的影响和作用，因此要根据高层建筑的实际功能和作用来调整结构设计。在现代化高层建筑的建造过程中，很多高层建筑都有着不同的作用和功能，因此就需要在建筑设计过程中对不同的功能和作用进行划分，以此来保障高层建筑物中各个功能区域得到科学合理的划分。而这一作用的实现就离不开结构转换层的设计。因此，在实施结构转换层建筑结构设计的时候，需要根据不同高层建筑的实际作用和功能进行合理的应用。结构转换层主要是对高层建筑中的结构形式进行调整和变换，如各个楼层之间的结构承重构件不相同，就需要设置不同的网轴。但是结构转换层就可以同时具备网轴线的变化和结构转换的作用和功能，这样就需要在高层建筑设计中进行转换层设计。比如上部剪力墙结构部分墙肢需要转换为框架柱等。

1.2高层建筑结构转换层设计特点

和普通的建筑结构转换层相比，高层建筑结构转换层的截面高度比较大，并且垂直荷载和横跨面积都比较大。另外，对钢筋的排布情况和钢筋强度都有着比较高的要求，对结构转换层的具体支撑能力有了很高的要求，这在很大程度上加大了高层建筑结构转换层的施工难度系数。并且在不同的高层建筑施工阶段，结构转换层可以承受的上部荷载有所不同。此外还会受到建筑浇筑混凝土因温差变化而出现裂缝问题的影响，所以，一般情况下采取降低混凝土水化热的方式，再根据钢筋负荷情况和骨架跨度情况等来进行稳定性的控制，以此来保障结构转换层更好的实施。

2、高层建筑结构转换层设计规范要求

2.1结构布置方面

首先需要对底部的空间框支剪力墙高层建筑结构地面上的空间层数进行科学合理的设定，如在8度的时候一般不可以超过3层，在7度的时候不可以超过5层，并且底部的转换层框架结构位置也要适当的作出调整。另外，结构转换层上下部分的侧向刚度比也需要进行严格的控制，当转换层设置在1、2层时，可近似采用转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比γe1表示转换层上、下层结构刚度的变化，γe1宜接近1，非抗震设计时γe1不应小于0.4，抗震设计时γe1不应小于0.5[1]。

2.2截面设计

转换柱的截面设计是有一定限制条件：在配筋构造方面，柱内的纵向钢筋配筋率也有严格要求;另外在进行抗震设计的过程中，转换柱也是有一定要求：箍筋的直径要不小于10mm，并且箍筋间距不大于100mm，同时也要小于6倍的纵向钢筋直径的最小值，还需要根据转换柱的抗震等级进行内力调整等。

2.3结构转化层设计

在进行转换层设计的过程中应减少竖向转换构件，尽可能多的将竖向构件落地。可以通过采用一些直接接地的设计，以减小建筑竖向刚度的变化，从而提高高层建筑物抗震性能;其次，在进行高层建筑结构转换层设计的时候要重视传力路径的直接有效，在保障转换层的刚度符合标准的情况下，对结构转换层的受力进行合理分配[2]。

2.4换层结构设计注意事项

在高层建筑结构转换层设计中除了要做好结构形式方面的设计之外，在实际的建筑设计中应该结合实际进行针对性的高层建筑结构转换层设计，在设计的过程中应该注意以下几点：

第一，因为在高层建筑中转换层的使用会造成竖向的刚度变化，尤其是在遇到地震等外在的荷载时，很容易在薄弱部位形成结构损伤，从而让整个高层建筑的抗震性减弱，因此，在进行转换层设计的时候，应该尽可能的减少竖向转换构件的应用，提高高层建筑的抗震性。

第二，为了增强高层建筑的抗震性，在进行转换层设计的过程中还应该注意转换层结构上下层结构的刚度变化，并对刚度进行有效的控制，尽可能的减少地震对高层建筑产生的危害。所以在转换层设计的过程中，常采取大尺寸的截面，增强混凝土的强度，并通过增加剪力墙等等方式来加强刚度。

第三，要对转换层结构的刚度突变进行合理控制，使其在合适的范围内，刚度突变在发生地震的时候会使得高层建筑震害加大。

3、高层建筑结构转换构件设计分析

3.1严格控制混凝土温度

高层建筑结构转换层的施工过程中，混凝土构件内力会受到温差变化的影响，尤其是在大体积混凝土构件施工过程中，因此这就需要对混凝土的温度进行严格的控制，并且根据实际的需求情况来对混凝土的温度情况进行检测和控制。在这个过程中要对混凝土中的水泥水热化情况进行监测和控制，还要对浇筑过程中的温度进行把控，以此来确保混凝土施工过程中的温度在适合高层建筑施工的温度需求范围内，以此来保障高层建筑结构转换层的施工质量[3]。

3.2完善钢筋连接施工技术

在高层建筑结构层转换的施工过程中应该对钢筋连接技术的实施进行不断的完善，首先在钢筋的连接过程中，要根据实际情况对板钢筋的连接进行搭接接长工作，保障主筋是通过电渣压力来进行焊接接长的，在处理梁筋的时候，应该通过直螺纹机械来进行连接，以此来保障施工过程中所有的程序和结果都是严格的按照相关的数据进行的。

高层建筑结构转换层的设计对整个建筑来说是重点也是难点。可根据高层建筑结构转换层的结构情况来采取不同方式的设计，如梁式、箱型、空腹桁架式和板式等，通常来说，转换梁的使用比较频繁，因为传力途径更为清晰明确，在使用的过程中也比较的方便和灵活。这些抗震手段和方法的选择要根据高层建筑结构转换层实际的需求情况来实施，以便更好的发挥出结构转换层的作用。转换构件的设计一般需要不同计算软件进行对比分析。

结语：

通过上文的分析，可以了解到在高层建筑中，结构转换层需要根据高层建筑的实际功能来实施，并且结构转换层的实施还会受到多方面因素的影响，让相关的技术人员真正的认识到结构转换层的作用，从而充分的发挥出结构转换层的作用和效果，并且充分发挥出高层建筑的功能，实现高层转换建筑工程的安全、适用、经济的设计理念。

参考文献：

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010，中国建筑工业出版社

[2]呼延竞飞.带结构转换层的高层建筑结构设计[J].中国新技术新产品，2016（10）：116-117.

[3]郑钦泉.高层建筑结构转换层施工技术研究[J].建材与装饰，2018（18）：112.

作者简介：

王运成（1982.05-），男，汉族，硕士研究生，结构工程专业。