房屋建筑工程中轉換層結構設計的探討

馬敏生

摘要：隨著時代的進步，人們對生活住房的要求也不斷提高，對大多數高層建筑來說，將其主體結構設計為轉換層是必須的。為了滿足人們對住宅的需求，高層建筑的功能越來越趨向于多樣化、復雜化、全面化。在高層建筑中，轉換層的運用突破了常規的設計，在結構轉換的樓層中轉換構件，其對建筑結構的變化起到了一個過渡、銜接的作用，促使建筑中各個組成部分的不同功能得以淋漓盡致地發揮。轉換層有著復雜的結構，在轉換層的施工中，為了保證施工的質量，需要對設計的一些要點加以控制，采取各種措施來保證施工的質量。因此，對高層建筑轉換層結構設計要點的研究是刻不容緩的任務。

關鍵詞：高層建筑；轉換層；結構設計

一、引言

目前，我國正處于一個不斷發展時代，這造就了大規模的高層建筑拔地而起。在建筑工程中，轉換層的運用突破了常規的設計，在結構轉換的樓層中轉換構件，其對建筑結構的變化起到了一個過渡、銜接的作用，促使建筑中各個組成部分的不同功能得以淋漓盡致地發揮。因此，在高層建筑轉換層結構的設計中，要結合工程的特點和實際情況，通過對建筑全方位的研究、計算和分析，選擇合理的轉換層結構設計方案，發揮優勢，解決問題，才能提高施工的效率。

二、高層建筑中轉換層結構相關問題概述

（一）含義

高層建筑結構具有上部樓層受力小而上部樓層受力大的特點，設計人員普遍會提高下部結構的剛度以及墻、梁、柱等的數量，并在樓層逐漸升高的過程中，減少設計中的墻、柱結構應用，繼而使建筑形成穩固的結構支撐柱網，這就決定高層建筑的下部結構空間要大于上部結構的空間，此種設計與常規建筑結構設計方案恰好相反，設計人員必須在空間結構轉變的樓層加設水平的轉換構件，才能保證設計目標的達成，此種結構設計即為高層建筑的轉換層。

（二）形式

目前，高層建筑中轉換層的設計，主要采取箱、梁、板、柱、桁架、框架這幾種結構形式，各種結構形式在設計中存在著顯著的差別，這些差別便是設計者在進行結構設計時，必須遵從的前提與依據。

本文下面就對箱、梁、板以及框架幾種結構加以分析。

1. 梁式轉換結構

常用于垂直轉換施工，它以上部墻到轉換梁再到下部柱的途徑傳遞受力，傳遞路徑直接順暢，便于進行受力計算以及工程分析，高度大致為0.8～6.0m，造價比較低。箱式結構是在單項和雙向的托梁配合的基礎上，再與上層和下層樓板共同澆筑而成結構，具有較高的剛度。

2. 板式結構

板式結構應用于上層和下層之間的柱網過多錯開，且不具有規則的結構布置，梁支托難以實施樓層轉換，板的厚度約為2.0～2.8m，需要能夠滿足抗剪與抗切的要求，且此種結構便于靈活布設，但是它具有較大的自重，需要耗費諸多材料。

3. 框架結構

框架結構是以巨型柱或者豎向的筒體為大梁而構成的轉換結構，具有較高的抗震性能，其下層的柱體結構布設，必須考慮實際拉應力的狀況來選擇適當的構件，且要在施工之前加設穩固的臨時支撐結構，為目前轉換層結構主要發展的趨勢。

4.原則高層建筑中轉換層的存在，非常容易造成建筑物在豎向層面的剛度突變，而不利于建筑對震害進行抵抗，所以，設計人員必須充分考慮這一問題，做好對于轉換層結構的布設，其布設的原則一是盡量將豎向的構件適當的減少，以降低轉換層的剛度突變頻率，且盡量將轉換層設置于較低的樓層位置，剛度應當適當控制于較小的范圍；二是設計人員要充分考慮樓層的結構受力狀況，根據其受力傳遞的途徑，選擇受力結構適當的形式作為其轉換層主要結構，以保證設計人員對于結構的分析及質量的控制。

三、高層建筑中轉換層結構優化設計策略

（一）結合建筑具體設計方案，選擇適當結構

設計人員在對轉換層進行設計時，必須結合該建筑的具體設計方案，來選擇適當的梁式、箱式或桁架、框架式的結構，以保證其轉換層結構和建筑整體結構之間在設計方面的協調性，盡可能使質量中心貼近于剛度中心。比如，建筑的上層結構與下層結構在柱網錯開幅度過大或全部錯開時，應當選擇梁式的轉換層結構，以使上部軸網和下部軸網之間盡可能多的對齊。

（二）認真做好落地構件的對稱設計

設計人員還要認真地做好對于落地構件的對稱、均勻設計，并適當提高其強度等級與截面尺寸，以鋼筋、混凝土材質為材料，保證轉換層以下的抗側力構件對于抗剪以及抗彎剛度需求的滿足。

同時，設計人員還要避免建筑豎向結構剛度的過大差異，保證上層與下層二者的轉換層結構差值處于1左右，并適當地將落地墻的厚度增加，并縮小洞口的尺寸，或將補償剪力墻設置在結構中，以使建筑具有適當的空間剛度。

（三）認真做好對于各部位構件的局部應力計算

設計人員應當通過根據梁跨中部位支座的正彎矩與負彎矩二者減弱的速度規律（前者快后者慢），將下部的鋼筋設計為全部深進錨固結構的形式，可以取消彎筋設置，腰筋的直徑要保持在16以上，配置間距控制于200mm以內。且，高層建筑的結構轉換層不同于其它普通的薄壁桿件，它具有復雜的形狀及受力狀況，且需要承擔相對集中的應力，因此，設計人員必須以整體計算作為基礎，認真做好對于各部位構件的局部應力計算，并按照實際的應力分布狀況，為轉換層結構適當的配筋。

（四）盡量做好對于建筑的空間布設

高層建筑中的結構與設備的轉換層一般位于同一樓層，若樓層高度為2.9m，勢必會造成樓層空間的浪費，若樓層高度小于2.2m，又會造成建筑扭轉剛度與側移剛度二者的增加，所以，為了應對建筑豎向剛度的突變，設計者還要盡可能地避免其轉換層的過高設置（一般位于6層以下），并且可以適當地將結構與設備的轉換層分開設置，前者設置于2～3 層，而后者設置于4～5 層。

（五）必須要使剪力墻某部分處于直接接地的布設狀況

設計人員在設計轉換層結構時，必須要使剪力墻某部分處于直接接地的布設狀況，且框架支柱必須均勻疏密，剪力墻與支柱二者時間的距離適合控制于12m以內。同時，剪力墻應當優先選擇大開間的布置形式，并適當地將下部結構的強度提升。

在對轉換大梁進行設計時，設計人員還要保證梁體在承受框架柱的應力的基礎上，必須能夠全面地承擔短肢墻誘發的內力，為了達到這一目標，以加腋法為轉換梁的兩端進行處理，以提升其結構的抗剪力性能。

（六）設計人員必須要合理設計轉換層結構的剛度

轉換層剛度過大會增加其材料用量，且造成地震反應以及豎向剛度的突變，剛度過小則會誘發部分構件的次應力以及構件之間的沉降差。所以，設計人員要在保證次梁具有合理的截面尺寸的基礎上，適當控制主梁剛度，使其主梁剛度切實地達到結構受力的設計要求，以避免次應力的出現。同時，設計人員應當適當地減少上層結構的剛度，取消對剪力墻的設計，并盡量在保證軸壓比的前提下，將墻肢剪短，并且適當地增加其下部結構的剛度，合理設置落地足夠數量、適當厚度的剪力墻（核心剪力墻厚度控制為400m，其它剪力墻則控制350mm），并且在對各剪力墻進行均勻布設的基礎上，盡可能地避免在其墻體上開設小洞。

四、結語

帶轉換層的高層建筑是未來房地產事業的一個總體趨勢，實現帶轉換層高層建筑的結構設計綜合性分析，能夠有效的避免在設計中留下重大的安全隱患，這不僅是對廣大人民群眾的負責，同時也是我國設計單位提高自身能力的一個必經之路。未來，隨著帶轉換層高層建筑規模的擴大，在不斷的經驗積累基礎上，我國的相關技術和設計理念還會得到完善。