带转换层高层建筑结构设计策略

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摘要：本文首先对几种最常见的转换层做简要概述并分析了其工作原理，接着分析了转换层在高层建筑中应用时应具备怎样的布局和构造原理，接着对其抗震性能和合理性进行了分析，最后对一些新型转换层的设计进行了探究。

关键词：高层建筑转换层抗震性结构设计

随着城市化脚步的加快，高层建筑对于城市来说早已是屡见不鲜。对高层建筑设计转换层更是当下必不可少的一项任务及要求，转换层能更好的让高层建筑发挥其优点和作用，方便了我们的生活。但由于其结构的限制，抗震性能的强弱决定了整栋楼层的安全，因此，对转换层的要求便更加严格。

1转换层的几种基本类型和构造原理

1．1梁式转换层

转换层楼板上层构造的剪力要传送给下层构造，在本身承担一部分压力的同时还要承担上部压力。因此对梁式转换层的设计构造要求十分严格。梁式转换层的构造优点十分突出，例如它的结构十分简单，对于力的传导和传输目的十分直接和明了，在大部分的高层建筑中都能被采用。

1．2箱式转换层

当某一层楼板的硬度条件与估算值存在偏差时，就要求在转换层的上下各安装一层楼板，从而增加楼层在受到力的作用下而不易发生形变，安装后就会上下形成一个箱式构造。采用箱式转换层的好处是转换层的受力导力平均，且转换层在受力时抵抗弹性形变的能力大大增强，但是在实际操作时，箱式转换层不仅花费大而且不易操作施工［1］。

2转换层在高层建筑应用及设计构造

转换层在高层建筑的应用极其广泛，只要根据楼层的需要进行设计即可，但设计的同时也要考虑种种因素，如建筑地区的选择，一些高层建筑选择在土壤比较稀松的地区施工，本身就不利于楼房的自身需求而使得楼房易下陷，而有的楼房较高，如果单纯的使用转换层则不利于对地震的需求，因此对转换层的使用应具备以下几点要求：（1）转换层的设计要有一定的韧性，在承受一定压力的情况下不易发生形变。（2）应尽可能的在构造中不使用纵向构件。（3）在构造时要使顶底两层的刚度比控制在1和2之间，使纵向受压时形变量不受过大影响。（4）尽可能将转换层上部的剪力墙和柱子保持一一对应。（5）转换层在选择位置上要尽可能靠近建筑物底部的适当位置，如果建筑物特别高要求转换层设置也要高时就尽可能的让转换层的纵向位置降低并增加一定的刚度，如果设计不达标则地震来临时便会对整个建筑物的安全带来严重的威胁。（6）使支剪力墙与落地剪力墙的比值保持在相关要求内。（7）要系统精确地分析转换层结构，将其和整栋楼房进行统一换算分析，并进行模拟实验以及抗震测试，最大化的提高其安全系数［2］。

3抗震性能的分析

随着转换层位置的不断提高，对于其抗震性能的要求也不断提升，影响其抗震性能的因素也有很多种类，像转换层的位置设置、转换层顶部与底部对压力变形的韧性，转换层侧面的刚度等。因此我们在对转换层进行结构分析和设计构造时应考虑这些因素。根据《高规》内容的明确规定，对于一些框支剪力墙结构的转换层，设置在三层及以上时，在剪力墙和支柱底端应加强抗震系数，使其增加一级抗震系数，本身为特一级时则不必增加。

4转换层的几种最新构造

4．1搭接柱转换型

其设计的主要准则是利用转换柱来实行转换，这样做的好处就是在构造时使用的原材料较少，而且它的自身重量比较轻，对建筑的剩余空间资源可以得到充分利用，而且对压力的形变程度也比较小。但有一点值得关注的是柱子上面的楼盖应该使用高承受力的物质材料进行加固。搭接柱转换型之所以在安全和稳定性上优于其他转换型结构的原因在于它连接楼盖的承受力和纵向伸缩度的完美控制。使得搭接柱受内力的影响大大衰减。在搭接柱形式的转换层中，最主要的重心便是筒体对侧力的抵抗能力。所以对于筒体的承受力，伸缩性和横截面的尺寸要做到足够精细。就要求受力能从搭接柱伸缩到上一层，当筒体的构造材质发生变化时，不会影响塔柱因受力而产生变形，从而使高层建筑的抗震性不衰减。另外我们也可以运用SATWE、PMSAP这样的软件对搭接柱转换构造的性能进行测算解析，更方便快速的解决了人力测算带来的误差。

4．2其他新型转换结构

除了上面的搭接柱转换型，还有两种基本形式的转换结构，宽扁梁转换结构和斜撑转换结构，这两种结构都有其各自优点，对于前者来说，该转换型适应于各种建筑物类型，对转换层的高低影响重大并且有利于建筑物机械设备的使用，大大减少了资金成本，对建筑物造型设计上有一定的辅助功能。后者则使高层建筑受力均匀，力的传导比较明确，缓冲机械变形上有更好地抗震效果［3］。

5基于高层建筑转换层构造的建议

面对当前形势，许多建筑工程师就高层建筑的转换层的抗震效果、对高层建筑自身受力等多种情况进行了一些有价值的研究，这样就为设计构造者对高层建筑物的转换构造带来了理论依据，使得一些建筑避免了成为烂尾工程的牺牲品。据此，针对高层建筑转换层的设计构造提出了以下几点建议：其一，转换层的高度问题应该进行全面系统地分析测试，转换层高度大，会使转换层的地震反应力加大，但对其它楼层的反应较小，对地基的承受能力是一大考验，所以应该使转换层的高度设计在允许抗震等级以内。其二，转换层自身高度越大，其自身结构受地震影响其波动幅度越大，靠近转换层的几层受转换层的影响其波动幅度也有所加强，因此，转换层的转换梁不应太高。其三，转换层设置越高对楼层的变形程度影响越大，转换层的高度越靠上，对楼层的伸缩性要求增加，各个楼层间的可伸缩性减小，各楼层间的位移量变小，加大了构造的扭转时间，对建筑物本身的结构造成一定的影响，因此，转换层的高度不应设置太高。其四，刚度比的不同会对抗震性能产生一定的影响，同时对第一次低阶振型周期产生巨大影响，而对横向方向的构造在能检测出的地震影响较小。因此，我们应该使用各类方法使结构刚度比达到黄金比值。

6结语

由于当今社会的建筑类型大不相同，为了建筑需求所要实现的效果和功能也不尽相同，因此在设计转换层时应考虑到各个高楼的现场具体情况，为可能发生的各类突发状况做好必要的应急措施。转换层所在的高楼受力复杂，对自然界的不可抗拒的因素也要考虑在内，如地震，台风，海啸等。

参考文献

［1］王绍君．带转换层高层建筑结构设计建议［J］．门窗，2014，01：380．

［2］闫微微．带转换层的高层建筑结构设计［J］．科技与企业，2013，06：215．

［3］梁兴泉．高层转换结构的设计［J］．山西建筑，2016，02：29－31．

作者：廖晓雄 单位：中国建筑西南设计研究院有限公司