论文部分内容阅读
摘要：本文主要从高层建筑转换层结构的概述，阐述了高层建筑转换层结构形式与设计方法，并加以项目实例分析进行了探讨，最后提出了高层建筑结构转换层结构设计应注意的事项。
关键词：高层建筑；转换层结构；设计
1、高层建筑转换层结构的概述
近年来，城市化进程的速度不斷加快，使得城市土地资源的日益稀缺，在城市向外扩张的同时，高层建筑逐渐成为城市建设发展的趋势，而作为新时期的结构设计人员，为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，我们发现，由于竖向杆件难以贯通接地，导致难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，而这种结构就称之为转换层结构。
2、高层建筑转换层结构形式与设计方法
2.1梁式转换层结构
主要是将墙转换成梁柱的形式，采用这种转换层结构简单、施工成本低，因此广泛应用于高层建筑转换层结构中。在实践过程中，由于建筑结构多样化，使得转换梁的结构形式也趋于多样化。转换梁所承受的荷载力来源于竖向杆件荷载作用下的受力情况。通过对不同结构性形式转换梁的受力规律进行分析和研究，可了解转换梁设计方法受荷载作用和转换层的形式影响较大。
2.2桁架式转换层结构
该转换层结构主要是由上述的转换层结构形式演变而来，其整个转换层是由钢筋混凝土结构组成，桁架结构的上下杆件布置在转换层的上下楼面结构层内。虽然桁架式转换层结构的整体性能好，但施工难度较大，其重点是节点设计，当节点受力较大时，易剪切破坏，增加配筋量；桁架式转换层结构设计对高度要求较为严格，因此，在施工中，要严格控制高度，避免地震作用下造成破坏。
2.3箱式转换层结构
箱式转换层结构形式是单向、双向托梁与上下层楼板之间共同工作情况下形成的。其整体性能较好，在上下层结构布置过程中，具备有效的传力。从高层建筑结构来看，其占用太大的空间，不适用于住宅转换层的设计，由于转换层结构设计经常会与设备布置和管道布置发生冲突。这种转换层结构形式缺点是自重大，施工成本高。
2.4厚板厚梁式转换层结构
高层建筑结构中，当上下柱网轴线错开较大，需用厚板直接承重，形成厚板式转换层结构，这种转换层结构形式可以灵活布置下层柱网，不需要与下层结构对齐。但是，采用这种结构形式的自重大，施工材料消耗较大，使得成本增加。厚板式转换层结构的强度大，使上层结构的布置更加方便；由于传力模糊不清，导致结构计算受到限制，影响整体结构设计。
3、工程实例分析
某地区一保障性住房建设项目，主体建筑地上33层，1～3层为集中商业，4-33层为保障性安置房，地下2层，为地下停车场。因考虑建筑功能，本工程主体结构采用部分框支剪力墙结构，转换层设置在结构的第四层。
3.1转换层的结构布置设计
从建筑整体功能的考虑，建筑底部的楼层需要大空间，而上层的空间结构开间则相对较小，所以，主要采用转换层的结构设计。且一般上部采用剪力墙结构，而底层采用设置转换层对部分剪力墙进行转换。框支剪力墙结构需要布置部分落地剪力墙，并加大墙壁厚度。在框支剪力墙结构中，转换层的上一层最好不要在墙体附近设置边门洞，也不宜在中柱上方设置任何孔洞。本工程采用梁式转换，受力更明确，设计施工也简单，特别适用于上部为剪力墙的转换层。
3.2建筑结构的整体分析
本项目采用PKPM-SATWE进行结构分析，结构计算考虑偶然偏心地震作用，扭转耦联及施工模拟，结构计算时嵌固端取在地下室顶板处。静力分析结果表面，结构以扭转为主的第1自振周期T1与平动为主的第1自振周期T1的比值均不大于0.90。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移比值基本不大于1.2，且水平位移及层间位移较小，各楼层的本层位移角均不大于上层位移角的1.2倍及上3层平均位移角的1.2倍，说明结构侧向刚度规则。
3.3转换层结构构件设计
3.3.1框支梁设计
本工程框支梁抗震等级为一级，要求其配筋率应大于0.50%。因框支梁的受力不均匀，梁中存在较大的轴力，因此应配备一定的腰筋量及支座通长筋。作为抗震的重要构件，框支梁的受剪很大，应遵循“强剪弱弯”的方针，在纵筋数量较多的前提下，加强箍筋的配置。
3.3.2框支柱设计
本项目框支柱的抗震等级为特一级，为保证框支柱的延性，结构设计时严格控制框支柱的轴压比不大于0.60；柱体积配箍率不应小于1.6%；全部纵向钢筋的最小配筋率不小于1.6%。此外，在上部墙体范围内的框支柱纵向钢筋应伸入墙体内不少于一层，强化转换层上下之间的连接；位于墙体范围外的纵筋应采取水平锚入转换层梁板内的方法，达到锚固要求。
3.3.3转换层楼板设计
部分框支剪力墙结构中，转换层楼板是重要的传力构件，主要负责完成上下部分剪力重分配，不落地剪力墙的剪力需要通过转换层楼板传递到落地剪力墙，转换层楼板自身存在受力大、变形大特点，必须要有足够的刚度来支撑。因此本工程转换层楼板厚度取180mm，采用Ф12@150双层双向拉通。楼板中的钢筋应锚入边梁及墙体内La。
4、高层建筑结构转换层结构设计的注意事项
1、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，所以，在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，进而为结构设计水平的提升奠定坚实的基础。
2、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。
3、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。
5、结语
总之，新时期高层建筑结构转换层结构设计应用越来越广泛，高层建筑转换层是建筑结构的关键部位，在设计过程中我们要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，进而保障建筑物的安全性和经济性。
参考文献：
[1]包梅香.浅谈高层建筑转换层结构设计[J].江西建材，2013，03
关键词：高层建筑；转换层结构；设计
1、高层建筑转换层结构的概述
近年来，城市化进程的速度不斷加快，使得城市土地资源的日益稀缺，在城市向外扩张的同时，高层建筑逐渐成为城市建设发展的趋势，而作为新时期的结构设计人员，为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，我们发现，由于竖向杆件难以贯通接地，导致难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，而这种结构就称之为转换层结构。
2、高层建筑转换层结构形式与设计方法
2.1梁式转换层结构
主要是将墙转换成梁柱的形式，采用这种转换层结构简单、施工成本低，因此广泛应用于高层建筑转换层结构中。在实践过程中，由于建筑结构多样化，使得转换梁的结构形式也趋于多样化。转换梁所承受的荷载力来源于竖向杆件荷载作用下的受力情况。通过对不同结构性形式转换梁的受力规律进行分析和研究，可了解转换梁设计方法受荷载作用和转换层的形式影响较大。
2.2桁架式转换层结构
该转换层结构主要是由上述的转换层结构形式演变而来，其整个转换层是由钢筋混凝土结构组成，桁架结构的上下杆件布置在转换层的上下楼面结构层内。虽然桁架式转换层结构的整体性能好，但施工难度较大，其重点是节点设计，当节点受力较大时，易剪切破坏，增加配筋量；桁架式转换层结构设计对高度要求较为严格，因此，在施工中，要严格控制高度，避免地震作用下造成破坏。
2.3箱式转换层结构
箱式转换层结构形式是单向、双向托梁与上下层楼板之间共同工作情况下形成的。其整体性能较好，在上下层结构布置过程中，具备有效的传力。从高层建筑结构来看，其占用太大的空间，不适用于住宅转换层的设计，由于转换层结构设计经常会与设备布置和管道布置发生冲突。这种转换层结构形式缺点是自重大，施工成本高。
2.4厚板厚梁式转换层结构
高层建筑结构中，当上下柱网轴线错开较大，需用厚板直接承重，形成厚板式转换层结构，这种转换层结构形式可以灵活布置下层柱网，不需要与下层结构对齐。但是，采用这种结构形式的自重大，施工材料消耗较大，使得成本增加。厚板式转换层结构的强度大，使上层结构的布置更加方便；由于传力模糊不清，导致结构计算受到限制，影响整体结构设计。
3、工程实例分析
某地区一保障性住房建设项目，主体建筑地上33层，1～3层为集中商业，4-33层为保障性安置房，地下2层，为地下停车场。因考虑建筑功能，本工程主体结构采用部分框支剪力墙结构，转换层设置在结构的第四层。
3.1转换层的结构布置设计
从建筑整体功能的考虑，建筑底部的楼层需要大空间，而上层的空间结构开间则相对较小，所以，主要采用转换层的结构设计。且一般上部采用剪力墙结构，而底层采用设置转换层对部分剪力墙进行转换。框支剪力墙结构需要布置部分落地剪力墙，并加大墙壁厚度。在框支剪力墙结构中，转换层的上一层最好不要在墙体附近设置边门洞，也不宜在中柱上方设置任何孔洞。本工程采用梁式转换，受力更明确，设计施工也简单，特别适用于上部为剪力墙的转换层。
3.2建筑结构的整体分析
本项目采用PKPM-SATWE进行结构分析，结构计算考虑偶然偏心地震作用，扭转耦联及施工模拟，结构计算时嵌固端取在地下室顶板处。静力分析结果表面，结构以扭转为主的第1自振周期T1与平动为主的第1自振周期T1的比值均不大于0.90。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移比值基本不大于1.2，且水平位移及层间位移较小，各楼层的本层位移角均不大于上层位移角的1.2倍及上3层平均位移角的1.2倍，说明结构侧向刚度规则。
3.3转换层结构构件设计
3.3.1框支梁设计
本工程框支梁抗震等级为一级，要求其配筋率应大于0.50%。因框支梁的受力不均匀，梁中存在较大的轴力，因此应配备一定的腰筋量及支座通长筋。作为抗震的重要构件，框支梁的受剪很大，应遵循“强剪弱弯”的方针，在纵筋数量较多的前提下，加强箍筋的配置。
3.3.2框支柱设计
本项目框支柱的抗震等级为特一级，为保证框支柱的延性，结构设计时严格控制框支柱的轴压比不大于0.60；柱体积配箍率不应小于1.6%；全部纵向钢筋的最小配筋率不小于1.6%。此外，在上部墙体范围内的框支柱纵向钢筋应伸入墙体内不少于一层，强化转换层上下之间的连接；位于墙体范围外的纵筋应采取水平锚入转换层梁板内的方法，达到锚固要求。
3.3.3转换层楼板设计
部分框支剪力墙结构中，转换层楼板是重要的传力构件，主要负责完成上下部分剪力重分配，不落地剪力墙的剪力需要通过转换层楼板传递到落地剪力墙，转换层楼板自身存在受力大、变形大特点，必须要有足够的刚度来支撑。因此本工程转换层楼板厚度取180mm，采用Ф12@150双层双向拉通。楼板中的钢筋应锚入边梁及墙体内La。
4、高层建筑结构转换层结构设计的注意事项
1、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，所以，在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，进而为结构设计水平的提升奠定坚实的基础。
2、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。
3、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。
5、结语
总之，新时期高层建筑结构转换层结构设计应用越来越广泛，高层建筑转换层是建筑结构的关键部位，在设计过程中我们要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，进而保障建筑物的安全性和经济性。
参考文献：
[1]包梅香.浅谈高层建筑转换层结构设计[J].江西建材，2013，03