吴夏萍
柳州市建筑设计科学研究院有限公司，广西 柳州545001
摘要：当前，现代化城市建设进程加快，建筑行业发展迅速，人们对建筑结构设计的多样性、功能性及安全性提出了较高的要求。高层建筑和超高层建筑已经成为现代化城市建设的重要标志。由此，转换层结构设计理念与设计方法在高层建筑结构设计中的应用也愈加普遍。本文就将全面探究高层建筑转换层结构设计中的问题及优化设计策略，以供借鉴。
关键词：高层建筑；转换层结构设计；问题；优化策略；
目前，高层建筑主要作为民用住宅、商务办公和商住混合。由于功能存在一定差异，所以转换层结构也成为不同类型建筑结构形式的主要过渡方式。本文将论述转换层的基本概念与功能特征，概括高层建筑常见的转换层结构形式，且以梁式转换层结构为例，探究结构设计要点。
1转换层的基本概念与功能特征
1.1转换层的基本概念
在高层建筑结构设计中，为满足居民对住宅建筑的多方面需求，往往需要预留一定开阔度的内部空间，尽可能的扩大网柱受力面积，减少墙体数量，以确保内部空间视野的开阔性。
对于高层建筑的上层结构来说，往往需采取设计多层墙体的方式，开设尺度较小的内部空间。由于竖向杆件无法实现上下空间的贯通，故而无法满足建筑结构功能多样化的需求，也无法保证整体设计效果。而合理设计转换层结构，则可以有效解决此类问题，在满足建筑结构功能需求的基础上，加强整体设计的效果。
1.2转换层的功能特征
按照建筑结构的功能差异，可以将转换层划分为不同类型。其中，上、下层结构转换被运用到剪力墙结构中，且取得了良好的应用成效。另外，上、下层结构转换形式在框架剪力墙混合结构中也发挥着至关重要的作用（如图1所示）。
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图1 上、下层结构转换形式
采用上、下层结构转换形式，可以进一步扩大建筑内部空间的使用面积，增强内部空间的开阔性。通过进一步完善转换层的上、下层柱网，合理调整结构轴线，可以使建筑下层结构形成完整的柱网体系，达到结构转换的目的。通常来说，上、下层结构转换形式被广泛应用到外框筒的下层入口位置。适当改造结构形式，调整结构轴线位置，可以达到结构转换的目的。
2高层建筑转换层结构的构造形式
2.1梁式转换层结构
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图2 梁式转换层结构
高层建筑的垂直高度远远超过普通建筑，而梁式转换层结构的应用目的就是实现高层建筑结构的垂直转换，同时增大内部空间利用率，确保建筑结构的安全性。另外，由于梁式转换层结构的传力路径简单且明确，还可以降低高层建筑建设难度，缩减施工成本。这也是梁式转换层结构被广泛运用到高层建筑中的主要原因（如图2）。需要格外强调的是，在应用梁式转换层结构时，必须严格控制截面高度，将截面高度控制在0.8—6m之间。
2.2箱式转换层结构
从整体方面来说，箱式转换层结构包括单项托梁和双向托梁两个组成部分。在箱式转换层结构应用中，采取混凝土浇筑的方式可促进上下层结构的有效结合。箱式转换层结构在高层建筑中的应用优势是改善整体结构的刚度条件，加强建筑结构的稳定性。
2.3板式转换层结构
板式转换层结构是优化厚板组合结构的重要产物。在高层建筑结构设计中，为提高板式转换层结构质量，往往要充分考虑整体建筑结构的抗拉性能、抗压性能、抗剪性能及抗冲击性能。由此，增强转换板厚度的合理性，使转换板能够承受来自不同方向的作用力。
通常情况下，转换板的厚度会控制在2—2.8cm之间。但在下部结构设计时，需要消耗大量的施工材料，而且下层结构的施工难度也相对较大。为此，在高层建筑中应用板式转换层结构，应全面考虑多方面影响因素。
2.4桁架转换层结构
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图3 桁架转换层结构
按照椼架转化层结构的构造形式差异，可将其划分为实腹椼架和空腹椼架两种类型。椼架转换层结构具有自体重量轻、内部空间开阔、结构受力均衡、抗震效果良好等优势（如图3）。而椼架转换层结构的缺陷是结构设计流程复杂，施工难度较大，且影响因素较多，往往需要对各个关键环节展开强有力的控制。
桁架转换层结构在高层建筑中的使用必须遵循“强斜腹杆、强化节点”原则。在节点设计中，由于受力状态较为复杂，极易出现剪切脆性破坏等问题。为此，设计人员就需根据工程的结构特点，合理调整转换层结构形式，精确计算配筋量，从而减轻各类限制性因素的不利影响。
2.5斜柱转换层结构
斜柱转换层结构在高层建筑中的使用，往往需要承担一定强度的水平荷载作用力。为此，设计人员需优化整体建筑平面布局。设置拉梁或圈梁，减小水平荷载作用力，以确保结构受力均衡，增大空间利用率。需要格外强调的是，设计人员应尽可能增加斜柱转换层结构穿越楼层数量，以削弱上下层结构的水平荷载作用力。
2.6巨型框架转换层结构
如今，巨型框架转换层结构在高层建筑中的应用愈加普遍与完善。巨型框架转换层结构主要由巨型梁和竖向筒体两部分构成，具有良好的抗震性能，能够满足高层建筑的楼层转换需求，以及人们对建筑结构的功能性需求。
3高层建筑梁式转换层结构的设计要点
3.1转换梁截面的设计方法
在对转换层截面展开设计时，首先必须充分考虑转换层的受力形态和梁体所能承受的荷载力限值。由此，选择合理的计算方法。对于转换梁截面来说，主要包括托墙型截面和托柱形截面两种形式。
首先，在托柱形转换梁截面设计时，考虑截面的规模和受力形态。与普通梁结构相比，托柱形转换梁的受力形态并无明显差异。设计人员应重点分析配筋率，选择合理的计算方法。如果转换梁采用斜杆框架进行承托，则轴向拉力也会对转换梁产生一定程度的影响。
其次，在托墙形转换梁截面设计时，考虑其与上部墙体的连接受力形态，准确判断是否存在深梁现象。托墙形转换梁截面设计可以采用深梁截面设计法，在特殊情况下，对应力截面加以合理设计，按照特定计算公式对配筋量实行精确计算。由此，保证梁高与配筋率的合理性。
3.2转换层结构构件的设计方法
转换层极易因竖向刚度条件的限制而出现突变，同时，竖向构件也极易因侧向作用力的影响而出现不连续的问题。这两方面问题往往会改变整个转换层的受力形态，尤其是在遭受高强度地震波冲击时，极易因受力荷载超过限值，而导致薄弱部位出现安全缺陷。若想同时完善转换层的上部结构与下部结构的刚度条件，就必须适当加大转换层周边结构构件的强度，由此确保水平剪切力的顺利传导，最大程度的减轻地震波的不利影响。
3.3转换层的受力分析计算方法
选择合理的分析计算方法，也是确保转换层在高层建筑中合理运用的必要条件。采用平面有限元的计算软件对转换层实行分析计算，对转换层局部结构受到的应力予以补充计算。
在对转换层局部结构展开应力分析与计算时，必须保证转换结构的上层结构和下层结构都在计算模型中，随后考虑楼层楼盖的平面刚度。由于框支剪力墙的设计要求更高，所以受力分析计算难度也更大。通常，剪力墙的上部结构要与下部结构的支柱相连接。一旦二者的连接出现问题，就会加大应力分析计算结果的误差。
3.4转换大梁的设计方法
第一，将中间楼板作为转换层上部结构向下部结构进行传力的载体，而这也使得中间楼板承受了一定强度的平面剪切力与竖向荷载力。由此，确保中间楼板的刚度条件就显得尤为重要。
第二，转换层大梁是承托上部剪力墙重力荷载及柱体竖向荷载作用力的关键构件。转换层大梁在抗震方面也发挥着至关重要的作用。优化转换层大梁设计也成为设计人员关注的重点。
3.5转换层的抗震设计方法
在高层建筑结构设计中，设置转换层，可以确保整个建筑刚度条件的均匀性。由于转换层结构的墙柱截面的受力形态及竖向构件所承受的荷载作用力会发生一定的变化，所以传力路径也会发生相应的变化，进而削弱转换层结构的抗震性能。对此，设计人员要对三层或三层以上的墙柱实施加固处理。
3.6托墙转换梁截面的设计方法
如果转换梁上部结构中的墙体未开洞，则转换梁需要与上部墙体结构共同承担整个结构产生的荷载作用力，由此，出现深梁的受力形态。在这种受力形态中，设计人员需采用应力截面设计法或深梁截面设计法，对转换梁实行截面设计。同时，沿全梁高对纵向钢筋展开分部控制。如果转换梁中梁的跨度较大，要尽可能的规避底部纵向钢筋弯起，且全部深入支座内部。
4结束语
综上所述，在高层建筑结构设计中，对转换层结构展开科学设计具有重要意义。加强转换层结构设计，不仅可以提高建筑工程的建设质量，还可以有效控制工程成本，推动整个建筑行业的平稳发展，故而值得在业内大力推广应用。
参考文献：
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