建筑结构转换层设计探析

建筑结构转换层设计探析

发表时间：2020-03-19T06:32:07.432Z 来源：《建设者》2019年23期作者：边璐[导读] 改革开放以来，城市化建设不断加快，我国建筑行业获得了较为全面的发展与进步，广大人民群众对高层建筑的功能提出越来越综合化、多样化、全面化的要求。河北省水利水电勘测设计研究院天津 300250

摘要：改革开放以来，城市化建设不断加快，我国建筑行业获得了较为全面的发展与进步，广大人民群众对高层建筑的功能提出越来越综合化、多样化、全面化的要求。具备转换层的高层建筑是我国房地产事业的未来总体趋势，因此，在我国当前城市高层建筑结构设计过程中，转换层结构设计是一项十分重要的内容，高层建筑转换层结构设计的质量水平与整个高层建筑的设计水平息息相关。在对高层建筑结构进行设计的实际过程中，为使其使用功能需要得到充分满足，通常会将高层建筑的底部整层或者局部设置成较大空间，而将上部标准层设置为小开间，此种情况下，会产生高层建筑上层竖向承重结构无法直接落地的问题，所以，对其结构进行转换十分必要。

关键词：建筑；转换层；结构设计引言

近年来，建筑工程数量越来越多，规模越来越大，功能要求也越来越多样。尤其是高层建筑，例如：某一栋建筑底部是餐馆、商店，中部是办公区域，顶部是宾馆、住宅等。在这种情况下，建筑结构形式必须适应用途。对于餐馆、商店区域来说，其公用空间应当具有灵活性，办公区域室内空间最好设置为中等大小，宾馆、住宅区域开间面积要小，墙体数量要多。如果建筑结构形式产生变化，就需要在相应楼层进行转换层的设置。建筑结构尺寸以及结构受力直接受到转换层结构设计影响，因此，设计师应设计出合理的建筑转换层结构。

结构转换层发展趋势

钢骨混凝土在转换层的应用

钢骨混凝土转换层具有很大的优势和应用前景，不仅是因为钢骨混凝土梁具有承载力高、刚度好的特点，而且钢骨混凝土还可以充分减小截面尺寸，其可塑性、耐久性以及抗震性都比钢筋混凝土梁更具有优势，再加上钢骨混凝土在施工时也比钢筋混凝土更加精确和快捷，无论是刚度还是定位都能优于钢筋混凝土，可大量减少支模拆模的工作，减少施工环节，加快工程进度。

预应力混凝土转换层应用

预应力混凝土可以严格控制混凝土的裂缝和挠度，在实际使用过程中还有自重轻、节省钢材和混凝土原料的特点。因此，在高层建筑大跨度转换层应用中十分普遍。

新型转换结构应用

随着高层建筑的发展，在实际生产中出现了很多新型转换层结构，其中既有单层空腹桁架，又有混合空腹桁架，通过多种空腹桁架叠合形成的“叠层桁架结构”，这种结构的工作原理是利用许多较大截面的杆件通过桁架空间叠层形式组合起来一起承担上部施加的荷载，并且还设置腹斜杆，这样就能转移竖向荷载的传递位置和方向，应用转换传力方式来发挥传递荷载的作用。

建筑转换层结构设计探析转换层结构空间设计

高层建筑中，转换层起着承载压力的作用，安排其空间位置时，必须要根据不同建筑物科学分析受力情况，避免因转换层位置设置不合理而影响建筑内部受力状况，继而影响整个建筑物的安全。高层建筑转换层的空间不宜设计得过高，过高会浪费空间，要考虑到整个建筑空间的利用和转换层的刚度问题，坚持就低不就高的基本原则。综合目前的高层建筑设计及应用实践来看，三层以下最为适宜，如果考虑到建筑功能需要设计更高层，以不超过六层为宜。合理设计转换层的空间可以避免内部结构的高位转换和竖向刚度发生突变，降低整个建筑物的抗震能力。

转换梁的设计与构造要求

梁式转换传力路径准确、工作可靠性高、构造简单以及施工方便，这种转换形式在我国高层建筑中运用十分广泛。梁式转换的抗震设计效果明显，可以用于 8 度及 8 度以下的抗震设计，但是，这种转换形式对转换层上部建筑物层数有严格要求，抗震设防烈度越高，转换层上部空间层数越少。

在计算转换梁的截面尺寸时，不仅要避免水平构件发生脆性破

坏，还要保证构件有最适合的配箍率。通常情况下转换梁不会与洞口分开，除非遇到特殊情况下须离开洞口时，洞口宜位于梁中和轴附近。此时还需采取其他措施来加强结构的可靠性。转换梁的材料混凝土强度等级应满足国家规范，通常不应低于 C30，建议取 C35 及以上，也不宜取值过大，避免增加脆性。与此同时，转换梁布置的主筋需要达到 50% 以上数量贯通梁的全部，下部主筋应全部贯通伸入柱内。

桁架式转换层结构

桁架结构与其他结构相比具有传力路径清晰、传力明确等特点，其抗震性更强、自重更小，能够有效确保建筑安全。该转换形式可以有效解决转换梁不能开洞等问题。桁架转换上部结构必须满足“强柱弱梁、强边柱弱中柱”的要求，其截面尺寸与剪压比有直接关系。

然而，在节点设计方面，桁架式转换结构设计难度较高，施工难度大，在建筑工程中的应用并不广泛。对于高度超过 3m 的转换层，应用桁架式转换结构较为合适。在应用这一结构形式时，设计师可以配合使用预应力技术，将构件截面减小，从而提高建筑质量，减少施工成本。

板式转换

板式转换在上、下层柱网布置具有较多错开情况下较为适用，由于此种条件下很难利用梁来直接对建筑上部结构予以承托，所以需将转换层做成厚板，利用其承受建筑上部荷载，并将荷载传递给建筑下部。其主要特点有结构质量大、用材多。导致其经济效益偏低。板式转换层刚度和强度非常大，容易导致上下竖向刚度发生较大变化，最后引发薄弱层等问题。依据我国现阶段研究现状来看，板式转换的抗震性能、受力机理以及传力途径的研究还有很多问题需要完善。

箱形转换

实际上，箱形转换层是梁式转换层结构的一种变形和发展，解决了梁式转换常见的短柱问题，加强结构的完整性，还可以用于解决柱网尺寸扩大以及轴线偏离等问题。相对于梁式转换结构，箱形转换整体性强，适用主次多级转换的情况，能减少框支梁的轴力及扭矩，减少框支柱端弯矩及剪力；其转换构件竖向刚度大，能协调落地墙和框支墙的竖向变形，并使框支构件受力更均匀；而且其质量相对较小，可缓解楼层地震力突发的情况；材料消耗方面相对较少，内部空间可作为设备转换层利用等。

结语

高层建筑是我国建筑事业的发展趋势 , 缓解了我国用地紧张的现状 , 越来越多的高层建筑投入到建设和使用中 , 人们更加关注高层建筑的结构设计与应用质量。转换层结构促使建筑工程合理应用高层建筑的空间结构 , 体现了高层建筑灵活的设计方式。工程技术人员不断研究完善各类型转化层的设计及应用, 来推进高层建筑安全、稳定的发展, 满足人们的生活需求。

参考文献

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张国印，来武清，宋祥林，等. 某高层建筑转换层结构设计分析[J]. 建筑科学,2016(3)：116-118.

潘峤 . 高层建筑混凝土转换层结构设计原则及实例分析 [J]. 住宅与房地产,2015(25)：150-151.