杜为民
牡丹江林业勘察设计院 身份证23102219691108****
摘要：转换层的设计应用是为了提高空间利用率，为建筑物提供较大的出入口，在高层建筑物中设计较大空间，满足人们多元化需求。转换层的设计基于两个空间具有异同性功能需求。目前，大多数高层建筑结构，低层（1～3层）为商用，高层（4层以上）为住宅。其中，商用需要较大空间，与住宅设计相区别，使用转换层可满足这种设计需求。
关键词：带结构转换层；高层建筑；结构设计
1 转换层设计功能
1.1 宽敞
低部区间的宽敞需求，高部位置区间的住宅设计，此种建筑设计与力学原理难以保持同步。基于这种建筑物的多元化设计需求，保障高层建筑的稳定安全，应采取转换层设计理念。转换层设计理念就是在2个建筑区域间设计过渡层。过渡层综合利用剪力墙设计，实现将2个区域的建筑合理安置，保障建筑整体功能不受影响。具体应用方式：将住宅区域的剪力墙更换为商业区使用的建筑框架，实现建筑物整体的统一性与和谐性，保障商业区的宽敞性。
1.2 稳定
转换层设计理念实现了将2个区域的建筑空间内部结构适当调整，保障2个建筑空间的基本结构维持原样，调整其中的柱网与轴线，增加商业区结构内部相邻柱之间的距离，将建筑结构调整为大柱网，满足商业区的宽敞性，保障建筑整体的稳定安全性能。
2 转换层的种类
2.1 梁式
梁式转换层主要应用于较大空间需求的框支剪力墙结构，此种转换层是将剪力墙的承载力分散在框支梁上，由框支梁作为主要承载支柱。梁式设计应用较为广泛，其设计原理为“柱-转换梁-墙”。此种设计实现了柱与墙之间的连接，具有承载力分散的特征，有效提升建筑整体的安全性能。在实际施工中，转换梁的设计有多种表现形式，每种设计形式都具有独特的应用功能，应结合实际施工需求作出具体选择。
2.2 箱式
若转换梁实际的接触面积较大，1层楼板难以符合实际载力需求，则应假设其符合实际承载力，再为其设计转换梁，并且增加1层楼板，令建筑结构相似于箱形。箱式转换层的设计原理为多种托梁方式结合，将2个区域的楼板有效连接，使其处于共同工作状态，其结合方式包括双向、单向，使用时视具体情况选择。箱式转换层具有较大的刚度，有利于保持高层建筑的整体安全性，实现商业区域与住宅区域建筑之间传递承载力的效应。
2.3 板式
在商业区与住宅区2个建筑区间内存在错位问题，无法使用梁式承载时，选用厚板作为转换层。板的厚度要综合参照柱网的实际尺寸及住宅区间的实际承载力。厚板与梁式转换层的结合设计，利用三维空间模型开展整体建筑物的受力分析，或应用有限元软件进行受力分析。简单的厚板设计利用简单的分析方式，厚板设计较为复杂，应用有限元软件进行分析。具体使用应根据高层建筑的实际情况。
2.4 桁架式
若高层建筑的1～3层为商业区，对空间需求较大，需要空间宽敞明亮，而4～20层为住宅区，对空间需求较为密集，同时需要布设多重管道。桁架式转换层能够满足此类建筑结构的需求。住宅区与商业区的柱墙相连接是桁架的设计原理，与此同时，各类管道能在桁架之间自由设计，满足多重建筑结构的设计需求。
桁架设计有2种表现形式：桁架内空和桁架内实。市场应用较为广泛的是刚桁架，即桁架内实。当高层建筑的材质为混凝土时，以刚性桁架设计为主，具有良好的实践效果。在实际转换桁架时，应严格遵循设计原理，加强节点与斜腹杆的稳定性，以保障转换桁架作业顺利完成。
3 转换层设计重点
3.1 框支柱
在转换层结构中，框支柱作为较为重要的组成，应得到安全性保障。将柱端弯矩与剪力分别与其最大系数相乘，让每一层框支柱实际承受的剪力总和F1，与建筑基底剪力承受总和F2，两者关系为F1=30%F2。
在实际计算中，假设楼板的刚度处于无穷大状态，则以竖向构件的分配方式计算水平剪力实际刚度。若建筑底部的剪力墙刚度大于框支柱的实际承载力，此种设计会造成框支柱剪力受到严重影响。此外，可采取加强商业区与住宅区的连接状态，使框支柱在住宅区域的纵筋更深入墙体，以此方式加强设计的稳定性。
3.2 楼板设计
转换层有效分割框支剪力墙，将其分为2个区间，具有不同的受力表现。处于上层的住宅区，其实际承载力来自外部，通过各片剪力墙的刚度均匀划分。处于下层的商业区，框支柱的实际刚度和落地剪力墙的刚度性能存在一定异同性，在此背景下，水平方向的剪力应传递至剪力墙位置。转换层楼板的作用在于将2个区域实际承受的剪力进行科学调整与重新划分。楼板在转移受力时自身承受较大压力，若发生较为严重的变形事件，势必影响其功能的发挥。为此，应保障楼板具有较强对抗性的刚度，以符合工程的承载需求。制作转换层楼板选用的材料应格外注意，制作材料直接关乎其刚度属性，故而选择C35混凝土，制作厚度为200mm，配筋率约0.3%。在实际设计中，应适当增强楼板刚度，以保障其高效率完成受剪力划分任务。
3.3 剪力墙设计
1）关注落地剪力墙实际承载力，尤其是地震倾覆力矩应不小于力矩总和的1/2，以保障高层建筑具有较强的抗震能力，减少地震带来的损失。
2）落地剪力墙的间距设计应综合考量多种因素，具体表现为2种情况：排除地震可能，其间距应小于3B、35cm；考虑地震因素时，其间距应小于2B、20m。其中，B表示剪力墙的设计宽度。
3）剪力墙的结构设计应符合相关规范要求，其洞口位置应设计在墙体中间。
4 注意事项
高层建筑具有较复杂的结构设计、颇具难度的施工工艺。若在高层建筑中应用转换层的设计理念，其施工难度则更大。我国转换层设计的施工工艺尚处于发展阶段，缺乏较为成熟的应用方式，实践经验不充分，在实际应用中易发生问题。因此，应逐步加强问题收集与分析，促进设计应用和发展，并结合实际施工，关注极易发生问题的技术点。
4.1 稳定性
在设计转换层时应仔细分析高层建筑的整体结构，严禁将转换层的商业区建筑结构柔软设计，柔软不利于长期支撑高层建筑的实际承载，易造成高层建筑因支撑力不足而倒塌。应将商业区的整体结构设计为坚硬，保障其承载力符合施工需求，结合转换层的分力作用，缓解商业区的受力问题，增强高层建筑物的整体稳定性，保障建筑的安全性能。
4.2 刚度
在设计转换层时，转换层住宅区域建筑结构的抗侧刚度与商业区域建筑的抗侧刚度应具有一致性，以利于转换层刚度系数的调整。刚度系数是保障高层建筑整体安全性的关键点，应充分发挥转换层的功能价值，利用其刚度调整功能，实现2个区域承载力的合理化分布，减少商业区域建筑的实际承载力，提升高层建筑的整体性能，保障高层建筑处于良好的运营状态。对于刚度问题，2个区域的刚度不必完全一致，允许微误差，尽量相似即可。
4.3 高度
由于剪力墙底部转换层的刚度与高度之间存在相互转化关系，在转换层施工期间，应关注建筑的刚度需求，在满足其刚度需求的基础上，科学调整转换层的高度，以保障建筑整体的稳固状态。转换层的高度是其实际发生作用的位置，是转换层设计的重点。对转换层高度的准确设计有利于发挥转换层的建筑分力功能，提高高层建筑的安全性。
5 结语
转换层在工程中获得广泛应用，以高层建筑为主，颇具发展前景。高层建筑应用此种设计，科学分布受剪力承载状态，可有效避免高层建筑结构的安全隐患。通过对4种转换层设计与理念的分析，以及对剪力墙、楼板等重要施工位置的研究，发现转换层的设计与应用存在较大发展空间，应加强研究，以保障高层建筑的整体安全。
参考文献
[1]列国圃.带转换层的某高层建筑结构设计[J].居舍，2019(15):100,146.
[2]常晋.高层建筑梁及板式转换层的结构设计研究[J].山西建筑，2019,45(9):42-44.
[3]范宏伟.高层建筑带转换层的结构设计[J].低碳世界，2018(5):106-107.