建筑轉換層的結構設計分析

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摘要：本文對建筑轉換層的概念與特點，轉換層結構設計的原則、分析及注意事項進行了分析探討，具有較強的實用性和價值性，供借鑒參考。 

關鍵詞：建筑；轉換層；結構設計；注意事項  中圖分類號：s611文獻標識碼：a 文章編號：  轉換層是建筑物內部的常見結構，了解建筑轉換層結構設計的特點，提高建筑轉換層的設計效果，能夠有效的保證建筑物的使用功能，并保證建筑物的防風抗震性能不受影響，對我國建筑行業(yè)的發(fā)展有著積極的意義。  一、建筑轉換層的概念與特點  轉換層是建筑施工領域常見的一種建筑結構，由于建筑物不同層面之間的使用功能和結構存在差異，因此需要通過設置轉換層的方式作為過渡，對樓層的上下部的結構與設施進行轉換。當前，我國的建筑設計、特別是高層建筑的設計，常常會采用商業(yè)功能與住宅功能結合的設計模式，在建筑物下部構建舉架較高的大跨度商用建筑空間，而上層則采用更加緊密的設計，體現(xiàn)建筑的居住功能。為了對不同的實用功能和建筑結構進行劃分，便需要在建筑內部設置轉換層，以調整不同結構之間的受力情況，確保建筑物的使用安全。  轉換層主要功能包括: 對建筑物內部的剪力墻結構或框架—剪力墻體系進行轉換，實現(xiàn)剪力墻與框架之間的變換;改變建筑物上下受力柱的分布情況和分布密度; 同時轉變建筑層的結構形式和結構軸網(wǎng)，形成上下結構的不對齊布置三種。根據(jù)建筑物自身的特點和使用功能的需要，合理的選擇轉換層的設計模式，充分發(fā)揮出轉換層在建筑領域所發(fā)揮的作用，能夠進一步提高建筑物的穩(wěn)定性，延長建筑物的使用壽命，對我國建筑行業(yè)的發(fā)展有著積極的促進作用。  由于轉換層的結構需要同時承受上部構造在重力的作用下產(chǎn)生的垂直荷載，以及懸掛下部結構產(chǎn)生的多層荷載，導致轉換層結構內部長期存在有較大的內應力。此外，轉換層的存在會對建筑物整體的受力狀況造成較大的影響，在一程度上降低了建筑物的整體性，這就要求轉換層的結構設計不能單純遵循傳統(tǒng)的建筑設計原則，而是要根據(jù)建筑物自身的特點進行靈活的設計，以滿足轉換層對剛度和強度的需求，確保建筑物的使用安全。  二、建筑轉換層結構設計的原則及分類  ( 一) 轉換層的設計原則  首先，由于轉換層的設置會造成建筑物縱向剛度的突變，使其成為建筑物的薄弱環(huán)節(jié)，因此，在進行轉換層的結構設計時，應當盡可能減少需要結構轉換的縱向構件，并相應的增加直接落地的縱向構件數(shù)量，從而降低建筑剛性突變的程度，提高結構的抗震能力。  其次，當轉換層高度較低時，對建筑物重心與受力狀況的影響相對較小，建筑物也因此更加穩(wěn)固。所以，在進行轉換層結構設計時，應當盡量降低轉換層所處的位置，保證建筑物結構的穩(wěn)固。  最后，轉換層的結構設計應當采取強化下部結構，弱化上部結構的設計思路，并選擇具有明確傳力路徑的設計模式，在保證工程質量的前提下，降低轉成的施工難度，控制轉換成的施工成本，更好的實現(xiàn)建筑物的經(jīng)濟效益社會效益。  ( 二) 轉換層的結構設計的分類  1． 梁式轉換結構。梁式轉換結構采用剪力墻、框支梁與框支柱相結合的結構布置方式來提高轉換層的強度與剛度，具有結構可靠、施工難度低、傳力路徑清晰明確等特點，是目前我國建筑轉換層結構設計中應用范圍最廣的轉換結構。  2． 板式轉換結構。板式轉換結構最顯著的特點便是能夠在轉換層之上隨意布置結構形式與軸網(wǎng)，對于建筑物軸網(wǎng)布設較為復雜的建筑來說是十分合適的選擇。但是由于轉換板的受力狀態(tài)較為復雜，傳力路徑不夠明確，以及轉換板自身特點的限制，使得建筑物在轉換層處出現(xiàn)剛度的突變，令轉換層成為建筑物的薄弱環(huán)節(jié)，降低了建筑物對地震的抵抗能力，因而應當謹慎使用。  3． 桁架轉換結構。與梁式轉換結構相比，桁架轉換結構的受力狀態(tài)更加明確，且具有較小的自重和良好的抗震性能，可以有效的提高建筑物的質量，去報建筑物的使用安全。但是桁架式轉換結構的節(jié)點設計難度較大，給施工過程帶來了一定的影響，從而限制了桁架轉換結構的使用。桁架轉換結構適用于高度達到 3m 以上的轉換層設計當中，如果在桁架轉換結構中采用預應力技術，則可以進一步減小構件的截面，達到節(jié)約空間、提高工程質量、降低工程成本的作用。  4． 斜柱轉換結構。斜柱轉換結構在是一種較為特殊的轉換層結構形式，能夠充分的發(fā)揮出混凝土的承壓能力，有效的減少轉換結構對建筑內部空間的占用。在設計斜柱轉換結構時，需要注意結構內部的水平荷載，通過加設拉梁或圈梁的方式，可以找到平衡水平荷載的最短路徑，提高轉換層的剛度和強度。  5． 巨型框架結構。巨型框架結構是當前我國轉換層結構設計領域發(fā)展的新方向，該結構由垂直分布的筒體或大型立柱以及數(shù)量不一的大梁構成，形式多變，性能優(yōu)異，可以大大提高建筑物轉換層的強度和剛度。但是需要注意的是，巨型梁的內部往往會存在一定的拉應力，因而應當將其歸類為受拉構件進行設計。  三、建筑轉換層結構設計中的注意事項  ( 一) 保證轉換層的剛度  轉換層的高度是決定轉換層乃至建筑物整體質量的重要因素，特別是在高層建筑的設計與施工過程中，建筑本身高度與重量上的特點決定了轉換層將會承受較大的垂直荷載，而轉換層的結構又很容易令建筑物在轉換層部位出現(xiàn)剛度突變，使轉換層成為建筑物的薄弱環(huán)節(jié)，降低建筑物的抗震性能。因此，在進行建筑結構轉換層設計時，要注意確保轉換層的結構剛度不低于其上層結構剛度的 70%。為此，應當合理的調整轉換層內部剪力墻的分布狀況，適度的提高落地剪力墻的厚度，并使用強度等級較高的混凝土進行施工，同時盡可能將縱橫墻按照筒體的結構進行排布，從而在根本上保證轉換層的剛度，確保建筑物的抗震性能不受影響。  ( 二) 提高轉換層與建筑物的整體性  通過調整轉換層的結構設計內容來提高轉換層與建筑物整體性的，能夠提高建筑物的穩(wěn)定性，延長建筑物的使用壽命。為此，應當盡可能對其上下層之間的軸網(wǎng)，簡化轉換層的設計方案，盡可能令質量中心與剛度中心相對應，使轉換層的受力更加明確，從而避免使用板式轉換結構，以防止建筑物出現(xiàn)剛度突變的現(xiàn)象，達到提高建筑物整體性的目的。  ( 三) 合理安排轉換層的位置  由于建筑物的受力模式較為復雜，且建筑物內部的所受作用力的種類和分布都會隨著建筑高度的增加而發(fā)生微妙的變化，當高度達到一定的范圍后，建筑物所受的各項作用力的效果便會呈明顯的上升趨勢，給建筑物的設計帶來困難。如果轉換層的位置過高，不僅會令轉換層內部的受力狀況發(fā)生改變，還會對上下層面的剛度與受力方式產(chǎn)生影響，使轉換層成為建筑物的薄弱環(huán)節(jié)，降低建筑物的抗震能力。因此，應當盡量降低轉換層所處了位置，通常情況下，轉換層的位置應以三層以下為宜，最高不得超過六層。  結語  分析建筑轉換層結構設計的原則和種類，并充分了解建筑轉換層結構設計中的注意事項，能夠有效的提高建筑結構轉換層的設計效果，在保證工程質量的同時，達到降低工程施工難度，控制工程施工成本的作用，對促進我國建筑行業(yè)的發(fā)展有著積極的意義。  【參考文獻】  【1】張俊東． 高層建筑結構轉換層的結構設計［j］． 現(xiàn)代經(jīng)濟信息，2009（1）  【2】邱劍雄． 高層建筑梁、板式轉換層結構設計方法研究［j］．知識經(jīng)濟，2011（3）  【3】徐志杰． 淺議高層建筑轉換層結構的設計［j］． 山西建筑，2011（6）  【4】關度豪． 試述如何做好高層建筑轉換層的結構設計［j］． 價值工程，2010（11）  【5】關煒熾． 淺析高層建筑轉換層的結構設計［j］． 建材與裝飾，2008（1）  注：文章內所有公式及圖表請用pdf形式查看。