建筑物转换层结构设计

浅谈建筑物转换层的结构设计
摘要：随着人们对建筑功能需求多样化的发展，而建筑结构的布置与建筑功能对空间的要求正好相反，因此必须在结构转换的楼层设置水平转换的构件，即转换层结构。

本文主要介绍了建筑转换层的概念与特点，以及建筑转换层结构设计的原则和分类，并提出了建筑转换层结构设计中的注意事项，为建筑转换层的结构设计提供了参考。

关键词：建筑设计；转换层；结构设计；注意事项
为了满足人们对住宅的需求，高层建筑的功能越来越趋向于多样化、复杂化、全面化。

在高层建筑中，转换层的运用突破了常规的设计，在结构转换的楼层中转换构件，其对建筑结构的变化起到了一个过渡、衔接的作用，促使建筑中各个组成部分的不同功能得以淋漓尽致地发挥。

转换层有着复杂的结构，在转换层的施工中，为了保证施工的质量，需要对设计的一些要点加以控制，采取各种措施来保证施工的质量。

因此，对高层建筑转换层结构设计要点的研究是刻不容缓的任务。

一、建筑转换层的概念与特点
转换层是建筑施工领域常见的一种建筑结构，由于建筑物不同层面之间的使用功能和结构存在差异，因此需要通过设置转换层的方式作为过渡，对楼层的上下部的结构与设施进行转换。

当前，我国的建筑设计、特别是高层建筑的设计，常常会采用商业功能与住宅功能结合的设计模式，在建筑物下部构建举架较高的大跨度商用建
筑空间，而上层则采用更加紧密的设计，体现建筑的居住功能。

为了对不同的实用功能和建筑结构进行划分，便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。

转换层主要功能包括：对建筑物内部的剪力墙结构或框架—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。

由于转换层的结构需要同时承受上部构造在重力的作用下产生的垂直荷载，以及悬挂下部结构产生的多层荷载，导致转换层结构内部长期存在有较大的内应力。

此外，转换层的存在会对建筑物整体的受力状况造成较大的影响，在一程度上降低了建筑物的整体性，这就要求转换层的结构设计不能单纯遵循传统的建筑设计原则，而是要根据建筑物自身的特点进行灵活的设计，以满足转换层对刚度和强度的需求，确保建筑物的使用安全。

二、建筑转换层结构设计的原则及分类
（一）转换层的设计原则。

首先，由于转换层的设置会造成建筑物纵向刚度的突变，使其成为建筑物的薄弱环节，因此，在进行转换层的结构设计时，应当尽可能减少需要结构转换的纵向构件，并相应的增加直接落地的纵向构件数量，从而降低建筑刚性突变的
程度，提高结构的抗震能力。

其次，当转换层高度较低时，对建筑物重心与受力状况的影响相对较小，建筑物也因此更加稳固。

所以，在进行转换层结构设计时，应当尽量降低转换层所处的位置，保证建筑物结构的稳固。

最后，转换层的结构设计应当采取强化下部结构，弱化上部结构的设计思路，并选择具有明确传力路径的设计模式，在保证工程质量的前提下，降低转成的施工难度，控制转换成的施工成本，更好的实现建筑物的经济效益社会效益。

（二）转换层的结构设计的分类。

1.梁式转换结构。

梁式转换结构采用剪力墙、框支梁与框支柱相结合的结构布置方式来提高转换层的强度与刚度，具有结构可靠、施工难度低、传力路径清晰明确等特点，是目前我国建筑转换层结构设计中应用范围最广的转换结构。

2.板式转换结构。

板式转换结构最显著的特点便是能够在转换层之上随意布置结构形式与轴网，对于建筑物轴网布设较为复杂的建筑来说是十分合适的选择。

但是由于转换板的受力状态较为复杂，传力路径不够明确，以及转换板自身特点的限制，使得建筑物在转换层处出现刚度的突变，令转换层成为建筑物的薄弱环节，降低了建筑物对地震的抵抗能力，因而应当谨慎使用。

3.桁架转换结构。

与梁式转换结构相比，桁架转换结构的受力状态更加明确，且具有较小的自重和良好的抗震性能，可以有效的提高建筑物的质量，去报建筑物的使用安全。

但是桁架式转换结构的
节点设计难度较大，给施工过程带来了一定的影响，从而限制了桁架转换结构的使用。

桁架转换结构适用于高度达到3m 以上的转换层设计当中，如果在桁架转换结构中采用预应力技术，则可以进一步减小构件的截面，达到节约空间、提高工程质量、降低工程成本的作用。

4.斜柱转换结构。

斜柱转换结构在是一种较为特殊的转换层结构形式，能够充分的发挥出混凝土的承压能力，有效的减少转换结构对建筑内部空间的占用。

在设计斜柱转换结构时，需要注意结构内部的水平荷载，通过加设拉梁或圈梁的方式，可以找到平衡水平荷载的最短路径，提高转换层的刚度和强度。

5.巨型框架结构。

巨型框架结构是当前我国转换层结构设计领域发展的新方向，该结构由垂直分布的筒体或大型立柱以及数量不一的大梁构成，形式多变，性能优异，可以大大提高建筑物转换层的强度和刚度。

但是需要注意的是，巨型梁的内部往往会存在一定的拉应力，因而应当将其归类为受拉构件进行设计。

三、建筑转换层结构设计中的注意事项
（一）保证转换层的刚度。

转换层的高度是决定转换层乃至建筑物整体质量的重要因素，特别是在高层建筑的设计与施工过程中，建筑本身高度与重量上的特点决定了转换层将会承受较大的垂直荷载，而转换层的结构又很容易令建筑物在转换层部位出现刚度突变，使转换层成为建筑物的薄弱环节，降低建筑物的抗震性能。

因此，在进行建筑结构转换层设计时，要注意确保转换层的结构刚
度不低于其上层结构刚度的70%。

为此，应当合理的调整转换层内部剪力墙的分布状况，适度的提高落地剪力墙的厚度，并使用强度等级较高的混凝土进行施工，同时尽可能将纵横墙按照筒体的结构进行排布，从而在根本上保证转换层的刚度，确保建筑物的抗震性能不受影响。

（二）提高转换层与建筑物的整体性。

通过调整转换层的结构设计内容来提高转换层与建筑物整体性的，能够提高建筑物的稳定性，延长建筑物的使用寿命。

为此，应当尽可能对其上下层之间的轴网，简化转换层的设计方案，尽可能令质量中心与刚度中心相对应，使转换层的受力更加明确，从而避免使用板式转换结构，以防止建筑物出现刚度突变的现象，达到提高建筑物整体性的目的。

（三）合理安排转换层的位置。

由于建筑物的受力模式较为复杂，且建筑物内部的所受作用力的种类和分布都会随着建筑高度的增加而发生微妙的变化，当高度达到一定的范围后，建筑物所受的各项作用力的效果便会呈明显的上升趋势，给建筑物的设计带来困难。

如果转换层的位置过高，不仅会令转换层内部的受力状况发生改变，还会对上下层面的刚度与受力方式产生影响，使转换层成为建筑物的薄弱环节，降低建筑物的抗震能力。

因此，应当尽量降低转换层所处了位置，通常情况下，转换层的位置应以三层以下为宜，最高不得超过六层。

四、结语
分析建筑转换层结构设计的原则和种类，并充分了解建筑转换层
结构设计中的注意事项，能够有效的提高建筑结构转换层的设计效果，在保证工程质量的同时，达到降低工程
施工难度，控制工程施工成本的作用，对促进我国建筑行业的发展有着积极的意义。

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