高层建筑结构转换层的结构设计要点

高层建筑结构转换层的结构设计要点

杨晨

江苏筑原建筑设计有限公司 江苏 常州 213000

摘要：随着城市化进程的加快，高层建筑的数量不断增加，建筑安全性成为人们关注的焦点。带结构转换层的高层建筑结构设计是目前常见的一种设计方案，通过结构转换层的设置，可以有效地提高建筑的抗震性能和整体稳定性。本文就建筑结构设计中转换层设计的应用展开探讨。

关键词：高层建筑；转换层；抗震；受力

引言：

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。因此,设计人员在开展高层建筑结构设计时,既要重视高层建筑内部结构的合理布局,加强对结构转换层的应用,确保设计内容更加合理，优化创新结构转换层的技术方案,进一步增强高层建筑结构的安全性、舒适性。

1、高层建筑转换层结构概述

随着经济社会的不断发展，我国建筑行业发展也十分迅速，各种样式的建筑极大地满足了人们的住房和工作需求，建筑功能也开始不断丰富，如错层、多塔结构以及大空间等功能，转换层的设计是实现上述功能的重要基础。结构转换层，又称为过渡层或转换层，是高层建筑中用于连接不同功能区、不同结构体系或不同材料构件的一个或多个楼层。转换层结构设计具有一定的复杂性，多数情况下需要确保其承受上部和下部结构的荷载，比如说不同层之间的竖向荷载、多层荷载等，压力的承受对结构设计有直接影响，通过转换层结构的合理设计和柱体间距离的调整，使其稳定性得到保障，使高层建筑结构整体的受力方式得到改善。高层建筑通常会将底层作为商业活动场所，设置餐厅、超市、商铺等公共场所，并将剩下的上半部分作居住用途，综合考虑建筑结构和功能对承受力的要求设计高层建筑结构转换层，将其作为不同楼层的过渡，用框架结构替代剪力墙，通过对结构转换层的合理利用，使低楼层的活动空间大大增加，强化高层建筑内部空间分配的合理性。同时，带结构转换层还能够提供良好的空间适应性和建筑灵活性，高层建筑的功能需求随着时间变化而变化，带结构转换层的设置可以使建筑更具灵活性和可塑性，更易于适应不同的使用需求和功能变化，为未来建筑功能调整和改造提供便利条件。

2、转换层结构设计原则

2.1确保结构安全性

确保结构安全性是结构转换层设计的首要原则。建筑结构设计所要遵循的原则有很多，但应当将安全性放在首要位置，并将安全工作理念贯彻到建筑环节的各个流程当中，要保证结构转换层在应用时，能够满足安全性应用要求；另外需要将转换层刚度控制在规定范围内，避免因结构转换层的存在造成设计缺陷，对结构应用安全系数产生不良影响。在对带结构转换层的高层建筑进行结构设计时，还要对转换层科学分类，并根据结构设计要求，对现有设计策略持续改进和优化，才能保证设计方案在应用时，具备更高应用可行性。同时，设计时需合理选择材料、优化构件布局，同时考虑到结构整体和局部的刚度分布，通过适当的设计措施（如设置伸缩缝、采用柔性连接等）来控制和调整结构的变形响应，保证结构在不同荷载作用下的整体性和使用功能。

2.2合理布置受力传递路径

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。结构设计应采用简洁明确的结构体系，合理布置结构构件形成直接可靠的传递路径，这样才能使结构计算模型更接近实际状态，保证建筑结构抗震性能。通常情况下结构转换层设置灵活性比较强，设计人员需要根据高层建筑结构特征以及受力情况对其合理设置，根据建筑性能要求，对结构转换层功能完善和优化。同时，根据设计规范要求和实际情况对结构转换层的稳定性进行评估，考虑在地震、风载等外部荷载作用下结构转换层的受力性能和稳定性，详细分析结构的受力情况，明确荷载在结构中的传递路径，以及如何通过转换层有效地将上部结构的荷载传递到下部结构，或者是如何在不同功能区之间平衡荷载的分布。此外，做好竖向结构刚度设计，并将结构刚度差异控制在合理范围内，才能保证转化层功能特点能够得到充分发挥，并根据建筑实际使用情况，结合行业规范要求对墙体厚度适当调整，并对受力要求深入分析，要保证结构受力更加均衡。

2.3提高抗震性能

在设计转换层时应加强抗震设计，综合分析潜在的地震威胁因素，优化结构设计，确保转换层设计的全面性和完整性，提高整体结构的抗震性能。由于高层建筑楼层数比较高，对抗震性能存在更加严格要求，设计人员需要对建筑主体结构受力情况深入分析，通过对核心结构设计内容完善和优化，降低结构转换层对结构性能以及结构质量不良影响。同时，在设计转换层时，应结合结构类型、高度等因素选择合适的设计方案，转换层下层剪力墙主要通过楼板将受力传递到落地剪力墙上，应避免力堆积过大而引起刚度突变问题；如果采用高位转换层，则应注意提高其抗震等级，尤其要加强框架、支撑、剪力墙的抗震等级，以减少建筑出现薄弱楼层。针对弱节点或易损部位，可采取特殊设计措施如加固、使用防震支座等进行强化，以提高结构在地震下的抗力和延性。

3、高层建筑结构转换层的设计要点

3.1转换层布置形式选择

在高层建筑结构设计中，转换层的位置和布置形式选择是关键要点之一。转换层的设置位置直接影响到建筑的功能分区、结构受力性能和建筑外观。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。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其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。通常，转换层的位置选择需要综合考虑建筑的总体布局、功能需求、结构系统以及施工技术等因素。首先，根据设计规范要求和实际情况对结构转换层的稳定性进行评估，考虑在地震、风载等外部荷载作用下结构转换层的受力性能和稳定性，提出相应加固措施来保证结构的整体安全性。其次，考虑结构转换层相对于建筑物整体的位置，通常放置在不同结构体系连接处或者功能发生明显变化的部位。还要根据结构转换层所承载的荷载大小和类型选择合适的结构形式，常见的结构形式包括钢筋混凝土梁柱、钢结构梁柱等，需根据具体情况进行分析选择最合适的结构形式。最后，在转换层结构设计中，应合理分配荷载，确保各个部分的荷载得到合理的承载，减小荷载集中带来的影响，提高建筑物的整体稳定性。需要考虑结构转换层的高度、刚度等参数的设计，确保满足承载要求的同时尽可能减小对使用空间的影响，优化结构设计。

3.2转换层截面设计

转换层截面设计是确保结构安全和功能需求的重要环节。构件的截面尺寸、形状和材料选择需要根据转换层所承担的荷载、受力特性及建筑的整体设计要求来确定。构件截面设计必须满足承载力要求，能够安全有效地传递和分配转换层及其上部结构的荷载。在截面设计过程中，主要应当对转换层横梁的截面尺寸，依据剪压比进行详细计算，从而把握好截面的承载能力，以免在施工和后续使用过程中出现脆性破坏等影响建筑质量的问题发生。同时，构件截面的设计还应考虑施工工艺和经济性，选择合理的截面形式和材料，不仅满足结构性能要求，也符合施工的便利性和成本效益，会涉及到使用预制构件、选择新型材料或采用先进的结构系统等策略。设计时，应当尽可能地避免开洞等操作，由主筋进行上、下部的贯通衔接，并通过箍筋加以固定，必要时可以在梁中或者梁轴附近进行开洞，从而提高截面整体的抗剪系数。

3.3节点构造及细部处理

节点构造及细部处理是高层建筑结构转换层设计中的又一项关键要点。节点是转换层中不同构件连接的关键部位，其设计和施工质量直接关系到整个结构的安全性和稳定性。节点构造设计必须确保足够的承载力和刚度，以满足受力要求和变形控制的需要。这通常涉及到复杂的力学分析和精细的工程设计，确保节点在正常使用和极端荷载作用下均能保持良好的性能。在设计过程中充分考虑结构材料的选择、节点连接方式、槽口处理等细节，确保结构转换层与上部结构和下部结构的衔接达到最佳效果。有限元分析是一种数值计算方法，通过将结构离散为有限数量的单元，建立数学模型来模拟结构的力学行为。通过施加不同荷载和边界条件，可以计算结构的应力、应变、位移等参数，评估结构的受力性能，根据内力分析结果合理设置构件尺寸、配筋、选材等参数，确保结构转换层在各种工作状态下都能满足设计要求。节点的细部处理要求关注的是节点区域的施工质量和耐久性。细部设计应考虑到防水、防腐蚀和易于维护等因素，特别是在暴露环境或有特殊使用要求的区域。在设计和施工节点时，还需要考虑到材料的性能差异和工艺要求。不同材料（如钢材与混凝土）在节点处的连接方式、力学性能和施工技术等方面都有所不同，需要通过细致的设计和精准的施工控制，来确保节点的高效性能和长期稳定。

4、结语

随着人们对于生活品质需求的日益增加，高层建筑的多元化功能越来越受到市场的青睐，建筑结构的复杂性也越来越高，对于高层建筑尤其是转换层的设计和施工要求也越来越多。因此，设计人员充分考虑结构、材料、规划布局等相关要素，科学选择转换层结构的类型，明确转换层的设计原则及控制要点，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。

参考文献：

[1]钱兴伟.高层建筑转换层结构设计与施工研究[J].工程技术研究,2022(12):264-266.

[2]程俊.基于高层建筑结构转换层的结构设计探讨[J].建筑与装饰，2023（06）：66-68.