建筑转换层结构设计问题与对策探微

建筑转换层结构设计问题与对策探微
本文论述了建筑转换层的概念与特点，然后介绍了建筑转换层结构设计的原则，最后提出了建筑转换层结构设计中应该注意的一些问题，做好建筑转换层的结构设计，对完善建筑物的使用功能，确保建筑物的使用安全有着重要的意义。

本文在此提出了自己的一些看法，望能为建筑转换层的结构设计提供参考。

标签：建筑设计;特点;转换层;结构设计;问题
1 建筑转换层的概念与特点
为了对不同的实用功能和建筑结构进行划分，需要在建筑内部设置转换层，以调整不同结构之间的受力情况，确保建筑物的使用安全。

对建筑物内部的剪力墙结构或框架一剪力墙体系进行转换，实现剪力墙与框架之间的变换;改变建筑物上下受力柱的分布情况和分布密度;同时转变建筑层的结构形式和结构轴网，形成上下结构的不对齐布置三种。

根据建筑物自身的特点和使用功能的需要，合理的选择转换层的设计模式，充分发挥出转换层在建筑领域所发挥的作用，能够进一步提高建筑物的稳定性，延长建筑物的使用寿命，对我国建筑行业的发展有着积极的促进作用。

2 梁式转换层结构形式
2.1 梁式转换层结构形式
实际工程中应用的梁式转换层结构有多种形式，主要原理就是利用下部的转换大梁来支托上部结构。

2.2 梁式转换结构受力机理分析
梁式转换层结构的传力途径为墙一梁一柱（墙）的形式，传力直接，便于分析计算。

转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度和转换大梁与下部支撑结构的相对刚度影响。

为弄清转换梁结构与上部墙体共同工作的性能对转换梁承托层数对其内力的影响用有限元程序进行了分析，从分析结果中我们知道，对一般结构转换大梁，上部墙体考虑三层与考虑4层、5层内力的设计控制内力差异不大于5%，故在分析计算时可只考虑计算3层。

从计算分析不论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用要小，同时转换大梁也会有一段范围出现受拉区。

3 建筑转换层结构的设计原则
3.1 减少转换
布置转换层上下主体竖向结构时，注意使尽可能多的上部竖向结构能向下落地连续贯通，尤其框架核心筒结构中核心筒应上下贯通。

3.2 传力直接
布置转换层上下主体竖向结构时，注意尽量使水平转换结构传力直接，尽量避免多级复杂转换，慎重采用传力复杂、抗震不利的平厚板转换，如上下柱网确实无法对齐时，尽量采用箱形转换。

3.3 强化下部、弱化上部
对于转换层的剪力墙结构或筒体结构，可采取以下措施：强化下部结构加大筒体及落地墙厚度、提高混凝土强度等级、必要时可在房屋周边增置部分剪力墙、壁式框架或楼梯间筒体、提高抗震能力;可采取以下措施弱化上部：不落地剪力墙开洞、开口、减小墙厚等。

3.4 优化转换断构
抗震设计时，当建筑功能需要不得以高位转换时转换结构宜优先选择不致引起地震作用下框支柱（边柱）柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆衔架、空腹桁架和扁梁等，同时要注意需满足重力荷载作用下强度、刚度要求。

3.5 计算全面细致
必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分，采用符合实际受力变形状态的计算模型进行三维空间整体结构计算分析。

必要时可采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算，此时转换结构以上至少取两层结构进入局部计算模型，并注意模型边界条件符合实际工作状态。

4 建筑转换层结构设计过程中的若干问题
4.1 配合建筑专业
在高层建筑设计过程中选择转换层结构形式时必须配合建筑专业，以此来适应建筑需求。

首先是选择转换层结构形式应结合建筑外观，比如拱式转换、巨型框架等受力性能良好，同时还较好地适应了建筑外观需求;其次是转换层结构必须为实现建筑功能而服务。

在实际工程中转换层通常由设备层兼之，这种情况下转换层应预留出足够通过设备管道的空间，若洞口尺寸大于开孔梁设计允许范围时，则梁式转换层应由空腹或者实心拓架转换层取代。

4.2 避免高位转换，尽量低位转换
通常来说，需要设置转换层的高层建筑结构都较为复杂，其结构在一定程度上存在竖向刚度突变，同时转换层邻近区域的变位、内力以及刚度都可能存在突
变，进而构成薄弱层，不利于高层建筑整体抗震性能的提高。

因而转换层位置的设置应遵循宜低不宜高的原则，将转换层层位尽量降低，特别是抗震结构设计，一般应取三层以下，最高不应大于六层，尽量避免高位转换。

4.3 力求上下轴网部分对齐
当结构上下部轴网均出现错位时，则只能选用厚板式作为转换层结构形式。

在各类转换层结构形式中，厚板式转换层结构缺点最多。

此类结构设计难度较高，受力性能较差，施工困难，且难以控制施工成本，与其他转换层（如梁板式转换层）相比缺乏经济性。

因而应确保上下轴网之间部分对齐，同时两部分轴网对齐部分越多，在设计转换层结构时就越简单，整体结构就具有更为明确的受力和更佳的经济效果。

4.4 合理布置剪力墙与框支柱
对于高层建筑来说，在设置结构转换层后无论选择哪种结构体系，剪力墙部分与地面接触是必须保证的;转换层下部框支柱应保持疏密均匀的柱距，剪力墙与框支柱之间的距离通常应不应超出12m。

在转换层上方，应选择大开间方案布置剪力墙。

同时对下部进行强化，确保下部结构刚度、延性以及强度足够，并具有良好的抗震能力。

保持转换层平面的规则性，确保转换大梁的刚度以及出平面外部分的稳定性。

4.5 合理选择转换层结构刚度
在设计转换层结构过程中，转换层结构刚度的设定是设计人员所要解决的重要问题。

若转换层具有较大的结构刚度，则结构竖向刚度增大，引起地震反应，上下部转换层受力状态则更为不利;此外又增加了材料用量，其结构也缺乏经济性。

而過小的转换层结构刚度则会导致上部框支部分竖向构件同邻近竖向构件之间出现沉降差，进而导致次应力较为明显，需要增加配筋。

5 结束语
综上所述，随着社会经济的不断发展，在建筑工程建设中提高转换层设计的不杂学性、合理性，能够极大提高我国建筑工程施工的质量，及推动我国建筑事业的快速发展。

转换层在建筑工程施工中的大量应用，不仅能够确保工程施工的整体质量，还能延长工程的使用周期，实现企业发展的社会效益和经济效益。

参考文献：
[1]邱剑雄.高层建筑梁、板式转换层结构设计方法研究[J].知识经济.2011.。