带结构转换层的高层建筑结构设计分析_赵鹏.pdf

规划设计房地产世界2023/0493带结构转换层的高层建筑结构设计分析赵鹏随着我国建筑行业的不断发展,高层建筑的数量明显增多,极大地满足了人们的日常生活和工作需求。当前,高层建筑的用途较为广泛,其对内部结构的质量方面提出了更高要求。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,也要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 高层建筑中结构转换层的设计原则和积极作用1.1 结构转换层的设计原则在现代建筑技术的支持下,结构转换层的功能趋于多样化,高层建筑的整体结构设计日益完善。在通常情况下,在高层建筑中,结构转换层的布置具有一定的灵活性,设计人员需要综合考虑高层建筑的整体结构及受力情况等因素,并在此基础上合理确定结构转换层的位置。但受到高层建筑固有特点的限制,设置结构转换层后,高层建筑的抗震性能会有所下降。因此,在高层建筑结构设计环节,设计人员需要遵循以下两个原则。第一,全面分析高层建筑的整体结构和受力情况,完善转换层核心结构设计,尽可能降低增添结构转换层对高层建筑抗震性能、工程质量造成的影响。第二,重视高层建筑的安全性能。在高层建筑中设置结构转换层的主要目的之一是增强高层建筑的安全性。因此,设计人员需要在保障高层建筑抗震性能的前提下,将结构转换层的刚度控制在合理范围内,以此提升高层建筑的安全性能。11.2 结构转换层的积极作用1.2.1 提升高层建筑的人员疏散效率在迈向现代化的发展进程中,高层建筑的身影陆续出现在我国大部分城市中。不过,受到技术水平等的限制,部分高层建筑的安全通道设计虽然符合相关标准的要求,但在人员疏散效率方面欠缺深层考量。一旦发生突发事件,极易出现人员拥堵的情况,甚至引发严重的安全事故。在应用结构转换层后,高层建筑的内部构造将进一步优化,还能在原有安全通道设计的基础上增添若干安全通道,进而有效提高人员疏散效率,防止出现人员拥挤的情况。21.2.2 扩展高层建筑的底层建筑空间为了缓解人地矛盾,高层建筑在我国大部分城市尤其是一线城市中,得到了广泛应用。高层建筑通常可分为底层和中高层两个部分。其中,中高层部分主要供使用者居住或者办公,底层部分则以商业店铺为主。因此,高层建筑底层部分的使用者对建筑空间的要求相对更多商家必须拥有足够的使用空间才能满足各种商业活动的需求。在这种情况下,设计人员就可以在开展高层建筑底层建筑结构设计时,合理加大对结构转换层的应用,从而扩展高层建筑底层建筑空间,更好地满足高层建筑使用者的不同需求。2 高层建筑中结构转换层的具体分类2.1 箱式转换层在带结构转换层的高层建筑施工过程中,转换梁的横摘要：转换层设计是高层建筑结构设计中的重要内容之一，科学合理的转换层设计能够有效提高高层建筑整体结构的稳定性和安全性。但长期以来，由于转换层设计的内容相对复杂，且抗震、抗风性能较差，其并未得到大范围推广应用。随着现代建筑技术以及信息技术的发展，我国有关转换层结构设计的理论逐渐完善，转换层的应用范围逐步扩展。基于此，本文以带结构转换层的高层建筑结构设计为研究对象，在阐述高层建筑结构转换层的设计原则、积极作用以及具体分类的基础上，针对性地提出改进措施，以期为提高高层建筑结构转换层的安全性和稳定性提供新的思路。关键词：结构转换层；高层建筑；建筑结构设计规划设计942023/04REAL ESTATE WORLD截面面积增大的情况时有发生,进而导致楼板的硬度受到影响,无法满足相关规范的施工要求。因此,为了保证高层建筑的楼板硬度达到规定标准,设计人员往往会在转换梁的顶部增设一层符合当前建筑内部构造需求的楼板。加装楼板后,转换梁便与楼板组合形成箱形梁。这种箱形转换结构通常位于高层建筑顶部,并沿着四周方向将高层建筑完全包裹,最终形成类似密封盒子的箱式转换层。同时,箱式转换层还能修正高层建筑中转换梁的外观形状,增强其强度和硬度,从而确保转换梁上、下部分的传力更加均匀。但就目前来看,箱式转换层并未得到广泛应用,这主要是因为箱式转换层的内部结构较为复杂,施工技术难度较高,并且任一施工环节出现差错,都会对建筑结构的质量造成直接影响。此外,箱式转换层的施工成本相对较高,前期资金投入大,最终的经济效益也并不明显。32.2 框架结构转换层当前,框架结构转换层是高层建筑中应用较为广泛的转换层类型,其对高层建筑的稳定性有着特殊意义。在开展框架结构转换层设计之前,设计人员需要确定好结构转换的形式,如以巨型柱的形式来进行结构转换等。同时,设计人员需要详细分析高层建筑的下层柱体结构,采取有效措施以进一步增强下层柱体的稳定性,增强其对整个高层建筑的支撑作用。从实际应用效果来看,框架结构转换层在稳定高层建筑基础结构方面效用显著,具有较强的抗震性能,能够有效抵御地震等自然灾害。另外,在高层建筑结构设计环节,设计人员除了要充分考虑框架结构转换层的抗震性能外,还需要保证高层建筑其他方面的安全性,并通过对框架结构转换层的有效应用,推动我国高层建筑结构转换层的发展迈入新的阶段。2.3 板式结构转换层转换层普遍设置在高层建筑的中间部位,这为板式结构转换层的应用创造了有利条件。同时,大部分高层建筑的外观设计是非对称式的,上下层柱网轴线的设置存在较大差异,无法形成结构规整的框架。此时,设计人员只有提高高层建筑转换结构的高度,才能保证结构层的厚度。与其他转换结构不同的是,板式结构转换层的厚度较大、表面强度较高。应用后,其不仅能提高高层建筑结构设计的灵活性,还能优化剪力墙的受力情况。然而,在计算结构层的受力面积时,由于受力不均匀的现象普遍存在,整个计算工作费时费力,设计人员往往难以快速分析出板式结构转换层在当前的高层建筑中需要达到的承受能力。此外,板式结构转换层的厚度较大,混凝土用量也更多,因而前期施工成本相对较高。与此同时,随着受力面积的增加,板式结构转换层的上下层竖向刚度变化明显,一旦受到外力影响,转换层附近就有可能产生较大的楼层反应力。因此,在设计板式结构转换层时,设计人员需要着重考虑当地的地质环境,尽量避免在高强度地震区应用板式结构转换层,以免增加高层建筑的安全隐患。2.4 梁式结构转换层从结构特点来看,梁式结构转换层的平衡性较强,能够保持高层建筑内部受力路径的统一。相较于板式结构转换层,梁式结构转换层的稳定效果更加突出,受力计算和设计内容也更为简单。因此,为了增强各个楼层之间作用力的传递效果,高层建筑大范围采用梁式结构转换层。但梁式结构转换层也存在成本较高等不足,给部分施工单位造成了一定压力。相关研究显示,如果梁式结构转换层中转换大梁的长度不足 12 m,设计人员就需要综合分析高层建筑的内力差异,并在计算过程中重点关注高层建筑的中间部位。此外,如果转换大梁顶端墙体的形式发生了改变,那么设计人员还需要考虑高层建筑内部墙体长度的影响。目前,造成转换大梁顶端墙体形式发生改变的主要原因有两种：第一,转换大梁处于高层建筑的受控区,容易形成较为明显的轴向拉力；第二,在高层建筑竖向力的影响下,转换层的传力方式将趋于拱桥的传力方式,促使转换大梁的竖向力直接转变为斜向力,并最终转变为轴向压力。43 带结构转换层的高层建筑结构设计优化措施3.1 合理设置剪力墙剪力墙是带结构转换层的高层建筑结构设计的重要内容之一。在通常情况下,施工单位在应用结构转换层时,会通过大量设置剪力墙的方式来加固转换层,提高高层建筑结构的稳定性。因此,在开始设计结构转换层之前,设计人员需要确定剪力墙的分布位置,加强对剪力墙、转换结构之间距离的把控,基于剪力墙的结构特点不断优化高层建筑的内部规划,在扩大高层建筑底层建筑空间、满足不同使用者使用需求的同时,获得符合预期的社会效益和经济效益。3.2 缩小竖向结构之间的刚度差异随着带结构转换层的高层建筑的增多,结构转换层的规划设计房地产世界2023/0495类型和功能也趋于多样化、完善化。例如,梁式结构转换层的应用有效增强了高层建筑的安全性。为了确保高层建筑的长期安全,设计人员需要重视结构转换层的竖向结构刚度设计,尽可能将竖向结构之间的刚度差异控制在合理范围内。同时,为了进一步提高高层建筑的墙体质量,在确保高层建筑内部空间充足的前提下,设计人员需要结合实际情况和相关规范要求,合理调整墙体厚度。3.3 综合考虑不同楼层的受力情况由于高层建筑的楼层数量相对较多,内部功能较为丰富,其对内部结构的稳定性、安全性等的要求更加严格。同时,结构转换层的大范围应用的确有利于设计人员更好地利用高层建筑的内部空间,但不同楼层的空间面积存在差异,对应的受力情况也不尽相同,其中不乏有复杂程度较高的受力情况。因此,在进行高层建筑结构设计的过程中,设计人员需要仔细勘察高层建筑周围的地质环境,并在明确不同楼层受力情况以及结构稳定性影响因素的基础上,合理开展分析与设计工作。同时,在前期准备阶段,设计人员需要提前了解高层建筑所有楼层的内部结构,并计算对应剪力墙的受力面积。在此基础上,设计人员可进一步优化高层建筑中结构转换层的设计,并在合理范围内对结构转换层的规格、性能等进行调整,从而达到提高高层建筑内部空间利用率及结构质量的目的。4 结语综上所述,随着高层建筑数量的增加,结构转换层的应用也越来越普遍,并在一定程度上增加了高层建筑的施工难度和结构设计难度。因此,设计人员有必要不断提升自身综合素质。在实际工作中,设计人员需要结合不同建筑工程的实际情况,选择最合适的结构转换层,并通过优化结构转换层的设计方案等方式,进一步增强高层建筑结构的稳定性和安全性,提高经济效益和社会效益。参考文献：1 杨化军.装配式结构转换层外墙板外侧设置支撑结构的研究与应用 J.建筑技术,2022,53(05):573-575.2 黑晓丹,朱权秀,贾向利,等.竖向荷载作用下部分框支剪力墙结构转换层梁柱受力性能分析 J.建筑结构,2021,51(S1):179-185.3 赵璧归.地铁车辆段上盖开发工程梁式结构转换层适用性分析验证以佛山南海环岛车辆段上盖工程为例 J.福建建筑,2021(02):33-38,56.4 郝志强.装配式混凝土结构转换层预埋钢筋定位控制施工技术 J.施工技术,2020,49(S1):438-440.（作者单位：中盛弘宇建设科技有限公司甘肃分公司）