高层建筑结构转换层的结构设计要点
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高层建筑结构转换层的结构设计要点
摘要：转换层是高层建筑中应用较为广泛的一种结构，其可以有效提升建筑的质量及使用性能，设计人员必须要做好高层建筑结构转换层的设计工作。建筑中的转换层结构非常的复杂，在进行平面布置时要保证他的规则性以及布置的简洁性，按照对称的原则进行布置，可以更加直观。进行立面布置时要保持上部和下部的刚度相差比较小。根据柱和梁的特殊性进行特殊布置，由于转换层结构的复杂程度和比较大的工程量，在进行设计时要格外注意设计的概念。通过不断地调整最终得出最合理的设计方案。
关键词：高层建筑；转换层；抗震；剪力墙
引言：
高层建筑成为城市建设发展的趋势，为了满足人们对建筑大空间的需求，促进建筑网状的扩大而降低墙体的修建规模，且为在建筑结构的上层开设小空间，就必须利用多层墙体来实现。但实际设计时，竖向杆件难以贯通接地，导致很难达到高层建筑结构与功能的衔接，以此满足高层建筑对各种功能的需要，这种结构称为转换层结构。但由于转换层的竖向构件的不连续性，导致结构设计难度加大， 必须要结合工程实际情况，综合考量，保障结构转换层结构设计的科学性。
1、高层建筑转换层结构的设计要求
高层建筑为适应现代发展的需要，趋向于多功能和多种用途的发展。转换层结构的设计质量直接影响整个建筑结构的稳定 效益。为了使高层建筑功能的要求得到满足，在高层建筑结构的底部，如果上层竖向构件不能直接连续贯通落地的话，就需要考虑转换层的设置，将转换层结构构件合理的布置在转换层中。高层建筑中转换梁层是当前高层建筑中最常用的实现垂直转换的 结构形式。其受力路径呈墙→转换梁→框架柱的形式，因此具有直接 特性。梁的转换层便于工程计算、分析和设计， 成本相对较低， 广 泛应用于实际工程。转换梁有多种结构形式。就作用而言，平移梁可 分为承重柱和支撑柱。根据透射光束的形状，可以分为加和不加。转 换梁结构的材料可分为钢筋混凝土结构、预应力结构、钢筋混凝土结 构和钢结构。转换梁主要承受竖向荷载， 受力性能主要表现在竖向荷 载应力规律上。与箱体和板转换相比，混凝土用量小，可适当降低下 部构件的承载力。与空腹框架、拱形或多层转换层结构相比，梁转换 层的设计和施工相对简单。因此，为了根据实际情况合理分类，科学选择转换层结构的类 型，明确转换层的设计原则，分析设计要点。特别要详细分析不同结 构类型的设计要点、抗震设计、竖向设计、刚度设计，制定更加优化 合理的技术方案，以保证高层建筑结构的稳定性和可靠性，促进建筑 业的快速发展。
2、转换层结构分类
2.1箱式转换层
当转化梁截面积较大且一层楼板无法达到平面内楼板刚度的假定值的时候，应该设置箱式转换层。在转换梁底和梁顶之间增加一层楼板，构成箱形梁，以使得假定值与实际值更接近。通常箱式转换层能够在整个平面分布，和周围建筑互相环通，最终形成箱式转换层。对于建筑顶部的大型梁截面， 层的刚度不符合要求，应 该在转换梁的底部和梁的顶部之间放置一个标高，以创建长方体形状
的梁，这可确保楼板的刚度符合实际值。此结构造型可套用至整个楼层，并在建筑外部形成长方体传输层。这种结构非常约束和僵硬。它 可以在转换平面的顶部和底部层之间直接均匀地传递应力，并在需要 时用作设备图层。但是， 在实践中，需要为建筑结构开发更多的设备 预留空间，使操作变得更加复杂和昂贵。
2.2 梁式转换层
梁转换层通常与框架墙的体系结构结合使用， 底部区域较大。在 实践中，
必须将顶部剪切墙放置在长方体的支座梁上，以稳定梁通过 固定结构的承重力，从而共同形成结构。在梁式转换层结构中，中底部是大空间的框支剪力墙结构体系，上部剪力墙被固定在框支梁上面，整个结构体系凭借框支柱的支撑作用产生。从垂直切换到水平时， 通常 使用双向束模式。这些过渡层易于处理， 允许精确传递上层和下层的 应力、总强度和刚度，以及在建筑设计中广泛应用各种应用。如果需 要交错上下轴， 请增加转换的梁数， 这会使整个空间的载荷更加复杂。
3、高层建筑转换层结构设计要点
3.1框支柱的设计
框支柱的截面尺寸是通过轴压比来进行控制的， 还需要根据剪切比的要求来进行决定，想要让框支柱的延性符合要求就必须对轴压比进行高标准的要求。柱截面的延性受配筋率的影响非常大，所以就决定了它的配筋率会比普通的框架柱要大。框支柱的重要性程度很高，所以对于安全系数的要求就更高，在进行剪力和弯矩的计算时通常要取增大系数的乘积。每一层框支柱的承受剪力的数据加起来应该保证占基底总体剪力的三成，使用固定程序进行计算时，如果楼板的刚度可以无限增大的话，对于水平剪力按照竖向构件的要求进行刚度的分配，底部剪力墙的刚度会非常的大，远远地超过了框支柱的刚度，因此框支柱所承受的剪力就很小。在实际的施工工程当中，楼板因为力的作用会出现变形甚至出现裂缝，其刚度就会受到很大的影响，造成刚度减小，因此框支柱所受到的剪力就会大大增加，所以对框支柱的剪力要求，进行了单独的规定。为了保证转换层上下楼层的有效连接，对于框支柱上半部分的墙体里面所排布的纵向钢筋需要伸进上部的墙体当中去，在墙体以外的纵向钢筋需要伸进转换层的梁板之中。
3.2 框支梁的设计
框支梁的截面尺寸是根据压力比来决定的，框支梁的宽度需要超过上墙厚度的两倍，框支梁的功能是进行上部和下部之间的质量传输，决定着框支剪力墙的抗震能力，框支梁是作为受力结构存在的，作为受力的关键部位，在进行设计阶段会进行大量的安全储备，框支梁是承受偏心拉力的一个部件，存在着轴力，在进行布置时需要设置大量的腰筋进行刚度的增强。并且框支梁会受到非常大的剪力，是防止地震影响的主要部位，在保证纵筋足够时要加强箍筋的设置，保证其性能。
3.3转换层楼板的设计 转换层主要用来进行框支剪力墙的分割， 转换层楼板的上半部分的内力分布与下半部分的分布情况不一样。在上半部分的楼层当中，外部荷载的力通常会按照等比例进行分配，在下半部分的楼层当中，框支柱的刚度和落地剪力墙之间存在的一定的差异性，水平方向的剪力主要作用在落地剪力墙上，在转换层楼板进行力的分配过程当中非常容易发生突变。转换层楼板的主要作用是进行上下部分楼层的剪力分配，因为转换层楼板自身的特点导致其楼板层的受力情况很严重，所以会产生非常严重的变形，因此对于转换层楼板的刚度要求非常高，为了保证转换层楼板功能的正常发挥，就需要在其上下层进行楼板的加固，确保其剪力重分配的效果。
4、转换层抗震设计措施
随着现代社会的发展， 对建筑结构抗震性能的需求越来越大。但 是，部分高层建筑增加了转换层结构，导致结构垂直刚度不平衡、承 载力分布不均匀、刚度降低、结构变形， 严重影响了整个建筑结构的 抗震性能。因此，转换层设计应加强地震设计， 综合分析潜在的地震 威胁因素，优化结构设计，保证转换层设计的全面性和完整性， 提高 整体结构的抗震性能。转换层的下部结构一般为框架剪力墙结构，而上部的结构是剪力墙结构，结构形式很复杂。在进行抗震等级的确定时，也比单一的结构抗震等级判定更为复杂。根据规范的要求， 对于不同的结构体系进行不同的抗震等级判定。高转换导致上下结 构应力不均匀，
水平地震时剪力墙应力过大，整体结构承载力下降。 如果转换层超 过三层，
抗震性会受到很大影响。如果高转换层的力传递路径受阻，剪力墙的传递就会变得困难，从而导致刚度突变，出现裂纹问题，形 成软弱层。因此，设计过渡层时，必须结合结构类型、高度等图元， 选择适当的设计方案。
对于高层建筑的刚度设置应该遵循上面刚度小，下面刚度大的原则，尽量防止发生刚度突变的情况。但是很多高层建筑结构当中的转换层设置都不符合这个要求，因此，需要对转换层结构的侧向刚度制定特殊的设计要求。可以采取剪力墙落地的方式，在底部增加剪力墙的设置，进行底部高度的增强，将底部剪力墙进行加厚处理，要掌握强化下部刚度，减弱上部刚度的原则来进行设计。转换层剪力墙主要通过楼板向楼板剪力墙传递 应力， 因此应避免过度的力积累导致的刚度突变。使用高层转换层时， 应加强抗震等级，特别是框架、支架和剪力墙的抗震性能，减少建筑 物软弱层的发生。对于底部剪力墙要减少孔洞设置，避免对刚度的影响。对于转换层上部的剪力墙可以减少设置的数量，对于剪力墙的厚度进行把控，在长度比较长的剪力墙上进行孔洞设置，尽量减弱上部结构的刚度。上述操作不仅可以让上部的刚度减小，还可以极大程度地降低建筑物的整体重量，减少对框支梁的压力，减轻发生地震时的危害
5、结语
综上所述，随着高层建筑的不断发展，带转换层的高层建筑结构越来越多，设计人员在高层结构设计中，要对结构转换层的具体形式和内容有深入了解。在现阶段的结构设计过程中，仍然存在一些问题，导致建筑结构安全性不足，对此要给予高度重视，优化设计流程，全力促进结构安全度的提升。
参考文献：
[1]黄河.关于高层建筑梁式转换层结构设计分析[J].现代装饰，2022
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[2]魏纯虎.高层建筑中转换层结构的设计[J].低碳地产，2016(18)：413.
