高层建筑结构转换层设计研究:探讨高层建筑结构转换层的结构设计

【摘要】在社会发展越来越迅速的今天，我们对各种服务行业的要求也越来越高，特别是高层建筑也得到了迅速的发展，应人们的要求，高层建筑也正向着多样化、复杂、多功能的方向发展，但是，其建设难度也大大增加，本文首先对高层建筑转换层的定义、类型及功能进行了系统的论述，根据分类又进一步的进行了研究，最后提出了一些常见问题以及解决方案，希望对相关部门提供借鉴。

【关键词】高层建筑；转换层；结构设计；类型

1.前言

高层建筑的结构转换层设计是一项非常复杂的工程，在设计施工之前必须要对其进行细致的分析讨论，确定方案无误时才能进行施工，从力学的角度来分析，可以看出高层建筑转换层的上下层内力比较集中，并且地震力集中，设计起来非常困难，这也逐渐成为高层建筑设计的重要问题之一，一直受到国内外的高度重视，为了保证设计的舒适安全，必须要对高层建筑的结构变化处设置转换层，下面我们就对转换层设计进行系统的论述。

2.转换层的定义和功能

高层建筑转换层可以分为两类，一类是结构转换层，另一类是功能转换层，本文主要是对结构转换层进行论述。

结构转换层的定义：对于一些高层建筑来说，结构转换层的设计有一定的难度，高层建筑一般上部用于公司办公或者居民住房，这样需要的墙多柱少，而下部一般用于超市等的商业用处，需要更大的空间，这样需要的就是墙少柱多，所以就必须要对其进行转换，将上部的墙体所承受的内力转移到下面的支柱上，这样的具备转换力的楼层一般被称为结构转换层。

功能：结构转换层的功能有很多，主要是将上下楼层的结构进行转换、改变上下层的柱网和结构类型、对上下层结构类型和柱网一起改变。

3.结构转换层的类型及设计方法论述

高层建筑结构转换层可以分为四种类型：梁式转换层、厚板式转换层、箱式转换层和桁架式转换层。

3.1梁式转换层

特点：梁式转换层分为托柱形式转换梁截面设计和托墙形式转换梁截面设计，这两者是按功能不同来进行划分的。

（1）托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承接的是上部的普通框架时，可以按照普通的截面设计进行配筋计算，因为这时的转换梁承受的力基本上和普通梁承受的力是一样的，但是，当转换梁承受的是上部斜杆框架时，就应该按偏心受拉构件进行截面尺寸设计，因为，此时的转换面承受的是轴向拉力。

（2）托墙形式转换梁截面设计。在转换梁的施工过程中，力学问题是一个关键问题，必须要予以重视，当转换梁承受上部的墙体是小墙体时，要采取普通梁的截面设计方法进行配筋计算，且纵向的钢筋也可以放置在转换梁的底部，像普通梁那样布置就可以了；当转换梁承受的是上部墙体且满跨不开洞时，转换梁应采取的截面设计方法是深梁截面设计方法，它的受力特点和破坏形态表现为深梁，不过此时的转换梁跨中较大范围的内力较大，所以其纵向的钢筋就不应该弯曲或者截断了；当转换梁承托上部墙体满跨或者不满跨时，但是剪力墙长度比较大时，应该采取的转换梁设计方法是深梁截面设计方法。

3.2箱型转换结构

当转换梁的截面较大时，可以在转换梁的梁顶和梁底同时设置一层楼板，遍布全层，使得整个楼层都构成“箱子”形式，也因此被称为“箱型转换层。

箱型转换结构也是高层建筑设计中较为常用的一种结构形式，在设计过程中主要要注意支撑体系的合理设置，这是保证建筑施工质量的重要前提，主要特点有：层高大、自重大、混凝土强度高、结构受力比较复杂、墙柱模板支设困难等，主要优点是转换层本身的整体性非常好，但是，它也有其缺点，就是它直接占用了整个楼层的面积，使得这个楼层不能再有其他用途，只能当做设备层使用，还有一个缺点就是上面所提出的自重大、造价高，这也是在实际应用当中很少使用的原因。

3.3厚板式转换层

这种厚板厚梁式转换结构主要优点是布置灵活，整体性比较好，当上、下柱网线错开比较多很难用梁来承托时就需要采取这种形式，做成厚板，厚板的厚度也可以根据上下的结构以及柱网尺寸而定，但是这种厚板式转换层的自重很大，地震作用大，耗费材料多，不仅耗费资金而且还容易发生震害，所以这种方法采用的也不是很多。

厚板式转换层可以采用TBSA等的三维空间分析程序对整体进行内力分析，主要是转换板的不规则边界，这样的一般会采用有效单元法进行内力分析，还可以采用复杂楼板有限元分析软件进行进一步计算，还可以对板在收到竖向压力荷载的受弯和局部压力等的进行计算。

3.4桁架式转换层

桁架可以分为两种，一种是空腹桁架，另一种是实腹桁架，这种桁架式转换层主要是由梁式转换层结构转换而来的，与梁式转换层相比它的受力更加明确、整体性好、抗震能力强、框架支柱柱顶弯矩和剪力更加小一点，这是它主要的优点，但是缺点也比较明显，施工难度大，更加复杂、节点设计难度大。可以对其进行整体结构的内力分析，当高层建筑的下部为大商场时，需要的空间必须要大，上部则是居住办公等的小空间，在这时就可以采用桁架式转换层，特别是在需要设置管道时，更要采取这种方式，一般采用桁架式转换层时应该跨满层进行布置，而且上弦节点要与上部密柱中心对齐。桁架式转换层的重量比较小，所以也减小了下部框架的承重负荷。

4.转换层施工遇到的问题及对策

4.1遇到的问题

（1）转换层的自重大、占用空间大、结构复杂，在施工过程中难度大，材料的占用量也非常大，施工成本也大大增加。（2）在转换层中，有的具有大体积的混凝土施工，这样容易出现升温裂缝的现象。（3）要减小转换层施工对下部的影响。

4.2解决措施

（1）合理的对支撑体系进行布置，要结合下部结构特点进行灵活的布置，采用悬空支撑体系进行支撑，尽量减小对楼板直接的作用力。（2）对于转换层混凝土体积较大，应该采取一定的措施，比如：采用养护措施对温度进行调整、使用低水化热的矿渣、在完成施工拆除支撑体系时，要确保混凝土的干湿程度是否符合要求等等。（3）减小转换层施工对下部的影响主要采取的措施是分层浇灌混凝土，让先浇灌的部分承担一部分的重量，卸载支撑体系的负荷。（4）在钢筋翻详前一定要对设计意图以及熟练程度、审核等进行深一步的了解，熟练掌握相关规定，当转换梁的高度较高时一定要保证钢筋骨架的稳定，这样才能安全方便的进行操作。

5.结语

高层建筑中，结构转换层的设计一直是建筑行业人员十分关注的问题，由于其结构的复杂性和工程量巨大，需要工作人员对其进行充分的了解，合理的设计规划，对于高层建筑转换层的设计要选择合理的、合适的转换层形式，在设计布置时，加强主要构件来增加设计结构的安全性和稳定性。目前高层建筑的转换层设计还不完善，需要我们不断的研究发现，进行深一步的探索。

高层建筑结构转换层设计研究:探讨高层建筑结构转换层设计问题

【摘 要】随着社会的发展以及人们生活的需求，城市高楼越来越多，为了方便使用，很多高楼都会设置转换层。转换层设计作为高层建筑结构设计的关键，直接影响到高层建筑结构转换层设计质量与水平。

【关键词】高层建筑；结构转换层；设计问题

近年来，随着我国经济持续快速发展，人们对高层建筑功能要求趋向于多样化、综合化，较为常见的形式是以上部为小开间的民用住宅，下部为大开间的商场或公共娱乐场所。为满足建筑要求，在上下不同结构体系转换的楼层设置转换层，转换层建筑结构应运而生。本文主要研究高层建筑结构转换层类型，以某工程为例探讨高层建筑结构转换层设计要点，为建筑工程设计单位在高层建筑结构转换层设计方面的进一步开展提供借鉴。

1 常见高层建筑结构转换层类型

不同的建筑结构，其对于建筑结构转换层的需求类型是不一样的，在实际的建筑结构转换层设计过程中，设计单位需要根据本工程或者本建筑的实际需求，采用不同的建筑结构转换层，从而提高建筑工程的需求质量。笔者根据多年的建筑结构转换层设计经验，对于建筑结构转换层常见的类型进行了汇总。总体来讲，常见的建筑结构转换层主要是是以下两大类型：

1.1 梁式转换层

梁式转换层是一种常见常用的高层建筑结构转换层类型，它主要是将上部剪力墙结构设计在框支梁上，然后通过框支柱的支撑作用，使得框支柱可以最大限度的支撑起框支梁，从而形成一种完整的结构受力体系。梁式转换层分为两种，一种是纵向转换，一种是横向转换，特殊情况下，甚至还存在着纵横向同时转换的现象，对于这种纵横向同时转换的情况，设计单位需要采用双向梁布置的方式。这种纵横向同时转换方式，是具有着巨大的优点的，无论是对于设计还是对于施工来说，都是比较简单易行的，而且它的传力放向也是较为准确的，正是因为如此，这种梁式转换层设计结构逐步受到广大建筑设计单位的追捧，是当前我国高层建筑结构转换层设计中，最为常用的结构转换层形式之一。在实际的设计过程中，一般是需要采用较大空间的框支剪力墙结构体系来完成，从而提高梁式转换层设计质量。

1.2 箱式转换层

箱式转换层是另一种常见常用的高层建筑结构转换层类型，它主要是适用于转换梁截面过大的情况。转换梁截面过大，很容易使得楼板满足建筑结构的刚性需求，采用梁式结构的话，容易出现设计理论与实际需求相脱节的问题出现。为了避免这种情况发生，箱式转换层也就应用而生。箱式转换层主要受在转换梁梁顶部与转换梁的底部，同时设置一层楼板，这就是箱式转换层结构。箱式转换层结构不同于梁式转换层结构，它具有着梁式转换层所不具有的优点。箱式转换层结构的关键在于转换梁，它的转换梁的刚度比较大，而且约束性比较强，因此，箱式转换层结构的整体性受力效果也是很好的，尤其是在受力方面，箱式转换层结构上下部受力都是比较均匀的。同时，值得注意的是箱式转换层结构也是存在着缺陷的，那就是施工比较复杂而且它的施工工期比较长，施工成本也是比较大。

1.3 其他类型的转换层

除了以上两种最为常见的转换层之外，还有其他类型的转换层，例如厚板式转换层、桁架式转换层等，这些转换层结构由于无论是在施工上还是在设计上，无论是在经济效益还是在施工质量上，都存在着众多的缺陷，因此这些转换层的运用都是比较少的。

2 某工程高层建筑结构转换层设计

2.1 工程概况

该工程处于某城市的市中心，属于高层建筑商业住楼，建筑面积在2.8万平方米。该高层建筑商业住楼地上有22层，地下有2层，建筑的总体高度是70.4米。该建筑的平面较为复杂，一层和二层主要是由于空间比较大，主要是大型的商场，三层以上则主要是住宅用房，地下二层是设备备用房，地下一层是汽车房。该建筑的结构转换层主要是设置在二层顶楼，转换层以下为框支剪力墙机构，转换层以上为剪力墙结构。

2.2 计算模型

对于该工程进行高层建筑结构转换层设计，选择力学计算模型至关重要。力学计算模型直接关系到转换层设计的精确度与准确度。在实际的高层建筑结构转换层设计过程中，可以选用三种常用的力学计算模型，包括空间杆系模型、平面墙板模型、空间墙板模这三种。该建筑结构的计算模型主要是采用的TBSA空间分析程序，通过运用TBSA空间分析程序对于该建筑的整个建筑结构进行分析，其中的分析方法便是空间杆系模型。该建筑由于实际工程为空间结构，用平面墙板模型有其局限性，应采用空间墙板模型计算，用空问有限单元法分析，鉴于目前尚无空间有限元分析程序，可以在平面有限元分析结果的基础上乘以一个小于1的空间作用分配系数。

2.3 转换层设计

该建筑的转换层设计，需要严格按照规范，将剪力墙设置在框支架梁上，但是需要注意的是，转换层的上下部轴网不能出现重合，否则很容易影响到转换层的设计质量。该建筑则将其设计成高交叉框支主梁，从而满足实际建筑需求。该建筑框支梁的计算采用的是SATWE程序，同时采用FEQ程序进行复核。关于钢筋的配筋率，该建筑采用的配筋率是0.3%，断面是800mm X 1800mm，楼板厚度在180mm以上。通过以上数据监测，这些数据可以满足该建筑结构的实际需求。

2.4 设计注意事项

保证大空间层有足够的刚度，防止沿竖向刚度变化过于悬殊，严格控制转换层上下结构侧向刚度比；结构布置尽量左右对称，加强薄弱部位楼板的厚度及配筋；在结构整体分析中，考虑薄弱部位楼板平面内变形对结构受力的影响；控制风荷载和地震作用下结构层间位移角，地震作用要满足规范对地震基底剪力与重力荷载代表值限制；控制结构底部加强区剪力墙及其他部分剪力墙、框支柱及非框支柱轴压比。

3 总结

综上所述，转换层结构较为复杂且工程量较大，设计人员首先应注重概念设计，这样可以少走弯路；其次通过上述计算和分析可以得知，此类建筑在平面布置上应尽可能规则、对称，减少偏心，优化调整转换层上下结构的布置和刚度；同时应注意框支梁、框支柱等构件的特殊性；最后也应考虑施丁难度大的因素，在设计时尽量考虑施工可行性，以达到最为合理的设计。

高层建筑结构转换层设计研究:高层建筑结构转换层设计研究

摘 要：本文结合多年工作经验，对高层建筑结构转换层设计谈一些看法。

关键词：高层建筑 结构转换层 设计

现代多功能高层建筑常常设置转换层，大震作用下，易形成薄弱层，转换层位置较高时，转换层下部落地剪力墙及框支结构易开裂和屈服，上部墙体易于破坏，从而不利于抗震。本文结合多年工作经验，对高层建筑结构转换层设计谈一些看法。

一、高层建筑结构转换层概念

1、转换层的定义和功能

因建筑物功能的需要，上部需要小开间的轴线布置，需要较多的墙体；下部则希望有尽可能大的空间，柱网要大，墙体要尽量少。因而，上部部分竖向杆件不能直接连续贯通落地。而通过水平转换结构与下部竖向杆件连接，这样构成的高层建筑称为带转换层的高层建筑结构。转换层主要实现以下功能：

（1）上层和下层结构类型转换。多用于剪力墙结构和框架-剪力墙结构，它将上部剪力墙转换为下部的框架，以创造一个较大的内部自由空间。

（2）上、下层的柱网、轴线改变。转换层上、下的结构形式没有改变，但是通过转换层使下层柱的柱距扩大，形成大柱网，并常用于外框筒的下层形成较大的入口。

（3）同时转换结构形式和结构轴线布置。即上部楼层剪力墙结构通过转换层改变为框架的同时，柱网轴线与上部楼层的轴线错开，形成上下结构不对齐的布置。

2、结构转换层常见类型

转换层根据建筑功能的需要，可作为正常使用的楼层，但应有较大的层高作为保证；在层高受限制或设备专业需要时，也可以作为设备层，在结构型式上，转换层在设计常分为以下几种类型：

（1）梁式转换层，即将上部剪力墙在框支梁上，再由框支柱来支撑框支梁的结构受力体系。当需要纵横向同时转换时，则采用双向梁布置。其优点为传力3直接、明确，传力途径清楚，受力性能好，构造简单，施工较方便，设计计算较容易，是目前应用最广的转换层结构型式。一般运用于底部大空间的框支剪力墙结构体系。

（2）桁架式转换层。该结构形式是由梁式结构转换层变化而来的，整个转换层由多榀钢筋混凝土桁架组成承重结构，桁架的上下弦杆分别设在转换层的上下楼面的结构层内，层间设有腹杆。由于桁架高度较高，所以下弦杆的截面尺寸相对较小。桁架分为空腹桁架和实腹桁架2种，它可以是钢桁架，也可以是钢筋混凝土桁架，在钢筋混凝土高层结构中常用钢筋混凝土桁架。与梁式转换层相比，它的整体性好，受力性更加明确，自重较小而抗震性能好，而且便于管道的安装与维护等，但在施工上比较复杂，在设计上表现为节点的设计难度较大。

（3）箱式转换层，当转换梁截面过大时，设一层楼板已不能满足平面内楼板刚度无限大的假定。为了使理论假定和与实际相符，可在转换梁梁顶和梁底同时设一层楼板，形成一个箱形梁，箱形梁的这种转换结构，一般宜遍布全层设置，且沿建筑周边环通构成“箱子”，即称箱式转换层。箱式转换层的重要优点在于，转换梁的约束强，刚度大，整体受力效果好，上下部传力较为均匀，还可将其利用作为设备层，其缺点是施工复杂，造价较高。此外，转换层还有厚板式转换层、桁架式转换层等。但大都因受力复杂且施工难度大、经济效益不高而实际应用相对少。

二、高层建筑转换层设计要点

1、高层建筑的转换层结构布置

转换结构可以根据其建筑功能和结构传力的需要，沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置（或是楼层局部布置转换层），且自身的这个空间既可以作为正常使用楼层，也可以作为技术设备层，但应该保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。当建筑物较高柔（如框架-核心筒结构），整体刚度可能不足，在结构竖向的一定部位设置水平刚性楼层（加强层），人为地加强结构的整体弯曲效应，这时转换层可同建筑物的加强层、设备层等统一考虑。对大底层上部为多塔的建筑，塔楼的转换层宜设置在裙楼的屋面层，并加大屋面梁、板尺寸和厚度，以避免中间出现刚度特别小的楼层，减小震害。对部分框支剪力墙高层建筑结构，其转换层的位置，7度区不宜超过第5层；8度区不宜超过第三层。

2、高层建筑的转换层结构要保证抗震性能

高层建筑要考虑的层面不是简单的舒适度这样的问题了，还要考虑抵御自然灾害的能力，我国近几年来地震频繁，受灾情况有目同睹，因此在高层建筑的实际中已把这个情况列为首要追踪的关键性问题，下面就对减免自然灾害带来的问题进行思考，找出解决的策略。一方面由于地震震感极强，在高层建筑的转换层设计上就要加强抵御震力的能力，对转换层的上下层次要做重新的设计，尽可能的把上下的竖向构架进行重新的分配，对楼板也要进行剪力的重新构造，减弱平面内的受力状况，加强地震剪力的安置，这是至关重要的，不可忽视。

对带转换层的剪力墙结构及带转换层筒体结构这两类转换结构，通过转换层上下层间位移角及内力变化情况的分析，可得出影响其抗震性能的主要因素，分别是：转换层设置高度、转换层上部与下部结构等效刚度比、转换层结构与其上层结构侧向刚度比。对带转换层筒体结构其主要影响因素表现为转换层上部外筒的刚度、转换层设置高度和内筒刚度对转换层位置较高的带转换层的剪力墙结构仅仅控制转换层上、下楼层的侧向刚度比是不够的，还应控制转换层上部与下部结构等效刚度比，转换层上部与下部结构的等效刚度比越大，转换层上下层间位移角及内力突变情况越明显，设计时应当加以控制，使其尽量接近于1，且不大于1.3。带转换层的筒体结构，如转换层上部的外筒为框架，一般情况下不会发生刚度突变，但建立传力途径的变化仍然存在。

3、高层建筑转换层结构的过度受力及轴压比控制

（1）过度受力。高层建筑转换层的结构设计，不是我们想象的那么简单，在这个过程中，楼层的梁面和柱面分别有两种表现形式，从柱面来看，主要的突出表现有强柱和弱柱，从梁面来看主要由强梁和弱梁。不要轻视这两个构件，它们直接影响着转换层的竖向负载能力以及构架的内力，在高层建筑施工期间，对施工的进度和时间也有一定影响，尤其是在转换层构架与若干层构架同时出现在施工阶段的时候，这个构架的内力变化尤为突出，若不及时采取措施，必会因为施工阶段转换构件的过渡受力而影响高层的进度，造成高层建筑施工延时延工。

（2）控制轴压比。高层建筑中转换层还要注意轴压的比率，尽量控制这个比率，我们知道，转换层的支梁和支柱在内交角的位置，有一个突出的应力表现情况，由于深受水平负载以及垂直负载的双重影响，柱子的横截面，柱子的剪力，以及柱子的弯矩在相对条件下较小，所以轴压力的承受力主要受框支柱所支撑，转换层以上的墙体垂直负载和水平负载差不多都能借助板平面内的刚度传递给落地剪力墙，因此要严格控制框支柱的轴压比。例如，在一高层建筑实处，设计的方案是这样的：抗震设计时框支柱的轴压比小于0.6，砼的强度等级高于C20，但低于C30，采用螺旋箍围绕框支柱全高密度较小，箍筋直径要不足10，问距不足100rnm，这个设计方案，在真正实行的过程中限制了柱箍筋配箍率，减弱了转换层柱的抗剪能力。因此要切合实际的对高层建筑进行科学的检测，确保万无一失。

三、结束语

总之，任何事物的都要根据具体的实际的问题出发，根据客观存在的条件，根据高层建筑中的实际问题，依据不同的特点和特征，适当将物理学中的力学因素参考进来，遵循事物发展的规律，尊重自然的情况下，设计出最佳方案。另外，在设计上不要循规蹈矩，打破以往的设计因素，确保方案设计的全面性、科学性，减少高层建筑施工中的风险和难度。

高层建筑结构转换层设计研究:关于高层建筑结构转换层结构设计的研究

摘要：在现代高层建筑工程项目中，设计是确保工程质量的根本前提，同时也是整个建筑工程项目建设的重要依据。在高层建筑结构中，转换层作为楼层的上下部之间的重要转换结构，且根据建筑功能的需要，不同的楼层的转换层的结构设计也存在较大的差异。而结构又是确保整个工程质量的重要部分，其设计质量的高低与工程质量的高低有着密切的关系。因而作为高层建筑结构设计人员，在高层建筑结构设计中必须注重转换层结构的设计，为最大化的确保设计水平的提升，为整个工程质量的提升奠定坚实的基础。

关键词：高层建筑结构；转换层结构；设计

在高层建筑转换层结构设计中，为了更好地满足高层建筑各部分结构功能的正常发挥，就必须致力于设计水平的提升，才能更好地满足当前高层建筑多元化、复杂化的使用需求。那么作为新时期背景下的高层建筑结构设计人员，应如何在实际工作中加强对其的设计呢？笔者结合自身工作实践，做出以下几点分析。

1.概述高层建筑结构中的转换层结构

1.1加强高层建筑转换层结构设计的必要性

为了更好地设计高层建筑的转换层结构，作为设计人员对高层建筑的转换层结构有一定的认识，并通过查阅相关资料，总结设计过程中出现的问题和不足，在设计过程中尽可能地结合工程实际进行针对性的设计，才能最大化的确保设计的有效性。因此，在此基础上，必须对转换层的定义有一个基本的认识。那么什么是转换层的结构呢？

1.2关于高层建筑转换层结构的定义的分析

随着城市化进程不断的加快，城市土地资源的日益稀缺，高层建筑已成为我国建筑事业发展的重大趋势，而作为新时期背景下的高层建筑转换层结构设计人员，往往为了满足当前人们对建筑功能需求日益增长的现状下，给建筑留下更大的内部空间，促进建筑网状的扩大而降低墙体的修建规模，且为了在建筑结构的上层开设小空间，就必须利用多层墙体而实现，但在实际设计过程中，很多设计人员会发现，由于竖向杆件难以贯通接地，这就难以达到高层建筑结构与功能的衔接，此时就必须利用水平转换结构连接下部的竖向杆件，以此来满足高层建筑对各项功能的需要，而采用的这一建筑结构就是转换层结构[1]。

1.3转换层结构在高层建筑结构中的重要作用分析

通过上述分析，我们对高层建筑的转换层结构的概念有了一定的认识，那么高层建筑的转换层结构有哪些功能呢？通常情况下，一般有以下几种：一是在上下层结构的转换过程中设计，此种结构转换形式主要在剪力墙结构和框剪结构之中，从而创造出较大的内部自由空间，二是在上下层柱网以及轴线变化时应用，虽然转换层的结构没有出现变化，但利用其将下层结构构成较大的柱网，因而主要在下层入口较大的外框筒应用；三是转换结构的形式与轴线的布置，从而在上下层结构中形成不对称的结构。

2.高层建筑结构中不同转换层结构的设计策略

在高层建筑转换层结构中，结构的类型较多，但主要有梁式、桁架式、厚板厚梁式的转换层结构。因而为了确保设计的有效性，笔者结合自身工作实践，就这几种转换层结构的设计策略做出以下几点分析。

2.1高层建筑结构设计中梁式转换层结构的设计策略

在高层建筑转换层结构中，梁式转换层结构是最为常见的一种结构形式。梁式转换层结构主要是为了把墙转换为梁柱，从而在结构设计时为设计人员掌握更多的传力途径。因而在高层建筑结构设计中加强梁式转换层结构的应用具有十分重要的作用，不仅梁式转换层的结构简单，且高层造价低，所以在高层建筑中得到了广泛的应用。因而作为设计人员，必须在设计过程中充分考虑转换梁所承受的来自竖向杆件的荷载力，并结合不同转换梁的结构形式的受力规律，针对性的确定设计方法，并在设计时充分考虑由于转换层结构形式的不同和荷载作用的大小带来的影响，以此从根本上确保梁式转换层结构设计的有效性[2]。

2.2高层建筑结构设计中桁架式转换层结构的设计策略

在桁架式转换层结构设计过程中，其设计的重要的就在于如何设计节点，一旦节点受力较大，则极易导致剪切出现破坏，因而在设计过程中应使得的提高配筋量，与此同时，由于桁架式转换层结构在高度方面的要求十分严格，所以必须对设计的高度进行严格地控制，以最大化的避免由于地震的作用给建筑结构形成破坏。加上此类结构受力规律十分明显，应用过程中具有较强的灵活性和抗震性能，所以我们可以简单地认为其是对梁式转换层结构的升级和改造，而钢筋砼作为转换层的重要组成材料，在转换层的楼面结合层内应设置此类结构的上下杆件，但此类结构的高度较高，且下部杆件界面的尺寸小，因而其虽然具有良好的整体性，在施工方面却处理起来十分复杂。因而一旦在设计过程中节点设计不到位，就会导致建筑结构出现破坏，所以在设计中应十分注重。

2.3高层建筑结构设计中厚板厚梁式转换层结构的设计策略

在现代高层建筑结构设计过程中，经常由于上下柱网的轴线出现较大的错开，而不得不利用厚板用于承重，因而为了满足这一要求，就必须对厚板厚梁式转换层结构进行精心设计。但在设计过程中，必须充分考虑到，虽然利用厚板厚梁式转换层结构能灵活地布置下层的柱网，也不用同下层结构之间相互对其，但是厚板厚梁式转换层结构的自重往往较大，且消耗的施工材料较多，加上在传力过程中难题结算机构，所以必须结合实际针对性地确定结构的厚度，使其在承受荷载的同时保证整个结构运行的安全性[3]。

3.高层建筑结构转换层结构设计应注意的几点问题

在高层建筑转换层结构设计中，除了做好上述几种结构形式的设计外，在实际设计过程中，应结合实际针对性的确定建筑转换层结构的类型，并在设计过程中应注意以下问题：

首先，由于在高层建筑中设置转换层会导致其竖向的刚度出现变化，尤其是在地震的作用下极易形成诸多薄弱的环节，进而导致整个建筑的结构的抗震性能下降，所以，在进行转换层结构设计时应尽可能地减少竖向构件的使用，进而减少转换结构，在降低由于刚度突然变化的情况下带来的影响的同时提高建筑的抗震性能，在此基础上，高层建筑竖向结构的设计应尽量选择位置较低的部位，尤其是在确定结构形式时必须对其传力路径进行确定之后进行选择，进而为结构设计水平的提升奠定坚实的基础。

其次，为了满足高层建筑抗震设计的要求，需要对转换层结构上下层结构的总体刚度进行有效的处理，避免刚度突变地震作用下带来的危害。因此，在设计过程中，通常采用加大截面尺寸、加强混凝土强度、增加剪力墙等方法来强化刚度。

最后，高层建筑转换层结构的刚度要控制在地震作用影响的范围之内，不宜过大，也不宜过小，刚度太大，地震作用下容易增加建筑物地震发应，刚度太小又会影响建筑物上下层结构的受力作用。因此，在结构设计时，刚度的控制是非常重要，同时在材料的消耗方面也要进行有效的控制[4]。

4.结语

综上所述，对高层建筑结构转换层结构设计进行研究具有十分重要的意义。作为新时期背景下的高层建筑转换层结构设计人员，必须充分意识到加强转换层结构设计的重要性，并切实做好各种结构形式的转换层的设计，且结合实际针对性的确定结构的形式，以最大化的确保结构设计的有效性，为整个高层建筑的施工提供科学的施工依据，为整个高层建筑工程质量的提升奠定坚实基础。

高层建筑结构转换层设计研究:高层建筑结构转换层的结构设计

【摘要】随着我国建筑建设技术水平的不断提升，高层建筑成为了当前建筑建设的主要对象，而设计人员在当前对高层建筑进行设计的过程中，开始面临越来越多的转换层的问题。本文介绍了高层建筑结构转换层各种结构形式，探讨了其设计原则和设计要点。

【关键词】高层 结构 转换层 设计

前言

一般而言，当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时，就必须在结构改变的楼层布置水平转换构件，即结构转换层。因此，转换结构可根据其建筑功能和结构传力的需要，沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置，且自身的这个空间既可作为正常使用楼层，也可作为技术设备层，但应保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。对底层大空间多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，并加大屋面梁、板尺寸和厚度，以避免中间出现刚度特别小的楼层，减小震害。

一、高层建筑转换层结构形式及受力特点

高层建筑转换层的主要结构形式及特点

1、粱式转换

粱式转换层是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式，其传力途径为上部墙—转换粱—下部柱。具有传力直接、明确和清楚的优点，便于工程计算、分析和设计，且造价较为节省，据资料统计，粱式转换层数量约占转换层总量的77％。转换梁的截面高度为0.8- 6m，高层建筑带转换层结构的绝大多数为梁式转换层。

2、箱式转换

是单向托粱和双向托粱同上、下层较厚的楼板浇筑成一整体共同工作，从而形成刚度较大的箱式转换层。

3、板式转换

当转换层上下柱网错开较多。布置又不规则，难以用梁直接承托时，则需要做成厚板，形成板式转换层，从抗剪和抗冲切考虑，转换板厚度往往很大，实际转换板厚度可达2.0- 2.8m，板式转换层的下层柱可以灵活布置，但自重很大，材料耗用多，拖工难度大。

4、桁架转换

桁架分为空腹桁架与实腹桁架两种。桁架转换层与梁式转换相比，受力状态更明确，可使用空间更大，自重小，抗震性能好，但其节点设计难度大，“强斜腹杆、强节点”是桁架转换层设计的基本原则，而节点的受力状态复杂，容易发生剪切脆性破坏，造成计算配筋多，施工不便，限制了桁架转换的应用。桁架转换层设计中应注意以下问题：首先是桁架转换层一般要求高度在3m以上，当层高较小时斜压腹杆形成超短柱，在地震作用时容易产生脆性破坏；其次是要保证上弦节点与上部集中荷载的中心对齐，充分发挥桁架的受力优势；在上下弦和斜拉腹杆中施加预应力，可以显著减小构件截面，经济效果好。

5、斜柱转换

斜柱转换式是较为特殊的一种结构型式，它可以较好地发挥混凝土的受压性能，形成更多更好利用的建筑空间。斜柱转换中会产生较大的水平荷载，在实际工程中可以结合建筑物的平面布置，通过加设圈梁或拉梁，使其以最短的路径相互平衡。转换斜柱尽可能通过较多的楼层，以减小其在上下楼层产生的水平力，使转换层设计更加方便。

6、巨型框架转换

巨型框架是目前国内建筑结构发展的一个重要方向，它由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成，具有良好的抗震性能。也可认为是多次梁式转换。巨型框架要采用模拟施工过程的设计方法，在未形成巨型结构之前应合理地解决临时支撑和保证足够的抗侧刚度；巨型梁以下几层范围内的柱内存在拉应力，应按受拉构件进行设计。

二、转换层的设计原则

1、转换层的竖向布置

带有转换的高层结构可根据其建筑功能和结构传力的路径，可以沿高层建筑的高度方向一处或多处灵活布置；也可根据建筑的使用功能要求，在楼层某些局部布置相应的转换层，可根据自身的特点作为正常使用楼层，也可作技术设备层，在转换层的设计中应确保转换层具有足够的强度和刚度，保证竖向刚度不能过大。如果对大底盘多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房与塔楼的交接楼面处，并加大楼面转换梁、板的尺寸和厚度，目的是和上下楼层的刚度保持接近，以避免中间出现刚度特别小的楼层，进而地震对高层建筑的危害。

2、高层建筑转换层的结构布置

实验研究证明，底部的转换层设置的越高，转换层所在层上、下层刚度的变化也就越大，在荷载的作用下转换层上、下层内力传递途径的突变就越明显；除此之外，高层建筑转换层的位置越高，落地剪力墙因受弯也就更加容易出现裂缝，从而使框支柱的内力增大，造成转换层附近上部墙体易于破坏。总而言之，高层建筑转换层位置越高对建筑的抗震越不利。对于底部带转换层结构而言，转换层上部的部分竖向构件（如：柱、剪力墙等）久不能直接连续贯通落地，因此，这就要求建筑结构师在设计是必须设置具有更加安全可靠的转换构件。

3、抗震等级

对于一般工程来说，其转换层以下为框架- - 剪力墙结构, 转换层以上为纯剪力墙结构, 是多种结构形式共存的复杂高层建筑, 因而不能像单纯的框架结构或者剪力墙结构那样笼统地确定抗震等级, 而应该严格按照现行规范的不同章节, 有针对性地分别确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级。该工程属框支剪力墙, 高度98 .7m, 6 度设防, 框支框架等级为二级, 剪力墙底部加强部位为二级, 非底部加强部位剪力墙为三级。

三、结构设计中的问题要点

1、转换层下部主体结构的刚度分布

对于转换层结构来说竖向刚度突变是设计人员不可避免的、也是最复杂的问题。抗震设计时，为了保证转换层结构上下层主体结构的总剪切刚度满足的要求，常常要采用加大转换层下部主体结构竖向构件（主要是核心筒体）截面尺寸、提高其混凝土强度等级、增设剪力墙等方法。这里由两个问题值得注意:

（1）筒体截面尺寸增大导致结构地震总反应增大以及筒体在整个下部结构抗侧总刚度中所占的比重变得更大，筒体所承受的地震荷载呈现级数增大的趋势，此时作为抗震第一道防线的筒体的安全设计更应得到充分重视。

（2）在增设剪力墙来提高抗侧刚度时，要注意整体刚度的均匀分布，保证刚度中心与质量中心尽可能重合，避免由于两者偏心引起的建筑物整体扭转。

2、剪力墙的合理布置对上下刚度传递的影响

前面提到要使上下两种不同结构形式内力得以准确传递，首先要尽量避免转换层上下结构的刚度突变，这个问题可从两方面解决：

（1）减少上部刚度，即上部住宅能不设剪力墙的部位就不设剪力墙，墙肢在满足轴压比的前提下尽量短;

（2）加大下部刚度，在建筑使用功能允许的条件下，可在大空间层的适当部位设置若干落地剪力墙，同时注意落地剪力墒的布局应均匀、对称，避免过于集中。

3、转换层结构刚度的合理选择

在进行转换层结构设计时，存在着转换层结构刚度合理值的问题。当转换层刚度过大时，一方面引起地震反应和结构竖向刚度的突然增大，使转换层上下层处于更加不利的受力状态，另一方面材料用量增加，结构经济性不合理。当转换层刚度过小时，上部框支部分的竖向构件与其它竖向构件之间可能出现较大的沉降差，从而在上部结构中与该部分竖向构件相连的水平构件中产生明显的次应力，导致其配筋增加。这一点在正交主次转换梁结构中的转换次梁中表现最为突出，此时不仅转换次梁要选用合适的截面尺寸，还要保证转换主梁具有足够的刚度，以减小因转换主梁挠度引起转换次梁的支座沉降而导致上部结构构件产生的次应力。

结论

转换层的结构作为当前高层建筑设计人员普遍面临的一项工作，直接决定着该建筑设计方案对于用户需求的满足程度，并且影响高层建筑的结构设计质量。