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摘要：在建筑工程的多样化发展下，人们对于建筑设计的功能与性能要求不断提高。带结构转换层的高层建筑结构设计方法已经成为了当前建筑工程中不可缺少的组成，进一步完善了高层建筑结构的功能与性能，满足了人们对于建筑物使用的更高要求。本文简要分析了结构转换层类型、特点以及功能，并且在此基础上重点分析了高层建筑结构设计的原则、方法与注意事项，旨在提升高层建筑结构设计水平，促进我国建筑行业的发展。
关键词：高层建筑；结构设计；特点；设计要点
人们对于自身居住环境以及生活质量要求逐渐提升, 正是由于这样的趋势在不断发展, 所以人们对于高层建筑的要求也在不断提升。因此相关建筑部门应该不断完善整体建筑服务质量以及功能, 从而在现代化建筑设计过程中能够很好地提升建筑布局合理性。做好结构转换层之间的设计衔接, 强化科学性和合理性建设, 这样才可以从根本上提升高层建筑的质量和舒适度。
1建筑转换层的含义和特点
之所以在高层建筑中加入转换层, 是为了能够通过建筑层实现空间的转化, 也就是说利用转换层将房屋上部的剪力墙转化至下部, 这样就可以在视觉上拓宽房屋的空间, 从而利用这种结构来改变房屋上下层结构的柱网和轴线, 但是与此同时又不会影响上下层结构形式发生变化, 因此可以利用建筑转换层使得房屋下部的结构中不同柱之间的距离增大, 从而能够形成一个更大的柱网。
2带结构转换层的高层建筑结构的分类
2.1板式结构转换层
高层建筑在7、8度区地下室部位，以及6度区的一般转换层，必要时可选择采用板式结构转换层类型。当高层建筑的体型比较不规则，上下层柱网轴线相差较大时，很难形成框架，或者在框支结构转换层时，厚板转换结构就是一种比较合适的选择。板式结构层刚度很大，在应用的过程中可以使建筑功能的布置灵活多变，但是这也使板的受力变得比较模糊，计算相对困难。在采用有限元分析时，计算结果繁杂，给配筋设计带来了较大的不便。从受力角度考虑，柱与柱间、柱与墙间又需要设置很多暗梁，增加了配筋和施工难度。从抗剪和抗冲切角度考虑，楼板厚度又往往很厚，这造成了结构的自重很大，对下部竖向构件的承载力要求较高。混凝土用量较大，成本较高。另外，厚板自身集中了很大的刚度和质量，地震反应强烈，不仅板的受力很大，而且由于处于转换层位置，上下层竖向刚度变化较大，容易发生震害。所以板式结构转换层在高层建筑的结构设计中，在高烈度地震区不宜采用厚板转换形式，6度区需对板式结构层的应用进行特殊设计，以满足建筑结构在不同设计状况下的安全要求。
2.2梁式结构转换层
梁式结构转换层是当前高层建筑结构转换层中的重要类型，梁式结构转换层在应用的过程中，由于其能够起到良好的平衡受力作用，而且每个结构转换层的受力路径十分清晰，所以对于转换层结构的计算和设计相对简单。梁式结构转换层在高层建筑中的应用十分普遍，可以对不同楼层之间的作用力进行传递，从而保证建筑结构的稳定性。但是，梁式结构转换层在施工的过程中，其成本比较高，这是应用的一大限制。梁式结构转换层的受力机理分析：梁式结构转换层的传力途径为墙—梁—柱（墙）的形式，传力直接，便于分析计算。转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度，以及转换大梁与下部支撑结构的相对刚度的影响。为弄清转换梁结构与上部墙体共同工作的性能，多数文献中已对转换梁承托层数的内力影响用有限元程序进行了分析，分析结果显示，对于一般结构转换大梁（跨度小于12 m），上部墙体考虑3层与考虑4层、5层内力的设计控制内力差异不大于5%，故在分析计算时可以只考虑计算3层。无论转换大梁上部墙体的形式如何，只要墙体有一定长度，转换大梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用时要小，同时转换大梁也会有一段出现受拉区，一是由于转换大梁处于结构整体弯曲的受拉区，应力积分后在转换大梁中就会出现轴向拉力；二是由于上部墙体竖向力作用于转换大梁时形成了拱的传力方式，竖向力转变为斜向力作用于转换大梁，从而在转换大梁跨中出现拉力，支座出现轴向压力。
2.3巨型框架结构转换层
巨型框架结构转换层也是当前高层建筑结构转换中的重要类型，主要以巨型柱的形式进行结构转换，所以在应用中，对于建筑的下层柱体结构要求一般比较高，需要在施工中利用支撑效果好的装置，对下层框架结构的主体结构进行加固。框架结构在应用的过程中，其最明显的性能就是具有良好的抗震性，在高层建筑的施工中，利用框架结构能够提高建筑的抗震性能，所以与梁式、板式结构转换层相比，框架结构转换层具有更加明显的优势，是未来高层建筑结构转换层发展的重要趋势。
2.4箱式转换层
当转换梁的横截面太大时，楼板的刚度不可能满足无限的假设。为了实现理论上的假设和现实相符，可以在梁的顶部和梁的底部设置一层楼板，以形成箱形梁。箱形梁的转换结构通常应布置在整个层上，并沿着建筑物的周边，构成一个“盒子”，称为盒子类型转换层。箱式转换层的重要优点是转换梁约束力强、刚度大、整体受力效果好，上下部件传力比较均匀，也可用作设备层，缺点是构造复杂并且成本高。
3带结构转换层的高层建筑结构设计优化策略
3.1合理确定转换层的刚度
刚度偏大，地震对建筑物的危害性较大，刚度偏小，竖向构件将会出现较大的沉降差，需增设构件钢筋来抵消。为减小过渡层垂直结构的刚度差异，需合理控制转换层结构的刚度突变，保证转换层刚度在适宜的大小范围内，确保大空间层具有一定的刚度，且下部主体结构的刚度需满足总剪切度的要求。
具体可通过配置均匀和对称剪力墙，合理控制剪力墙的框架柱之间的间距，或增设落地剪力墙，以降低上部刚度，同时增加下部刚度，尽量将上下两层衔接部位的状况调整到相近的状态，提升其整体性，还可提高混凝土强度等级、适当增加层厚度、加大竖向构件截面尺寸，以便对建筑物整体刚度进行有效控制。
3.2考虑受力控制
不同层的应力条件对转换层有很大影响，为此需综合考虑各层受力情况，并进行准确的应力计算，掌握梁跨部位支座正负弯矩速度的变化规律，以选择最可靠的受力结构。同时根据相应的模型再次进行设计补充及优化，保证受力结构的稳定性，提高结构转换层的实际效果，如板式转换层的斜柱转换在水平方向的力度较大，为做好整体协调可采取短路径之类的平衡方法。
此外，为提高结构过渡层的安全性，可将梁部位下端的钢筋设计为完全埋入的结构。
3.3优化钢筋设计
需合理选择钢筋设计方案，充分、全面地了解整个建筑物和转换层的特点，可设计为大径梁或者增加钢筋数量，确定钢筋规格、排布方式和使用顺序，对于钢筋连接部位选择合适的搭接方案，如梁柱接头属于钢筋比较密集的地方，可通过直螺纹机械来进行连接，并注意严控焊接质量。
3.4做好建模计算
建筑设计中精确性的要求很高，带结构转换层的建筑结构设计需结合空间整体的计算分析数据，为确保计算全面细致，首先要做好建模工作，将设计图纸内容和文字说明等信息作为建模参数形成一个符合实际受力变形状态的计算模型，以此对结构的弹塑性、抗震能力及载荷能力等进行计算分析，且至少选2种以上合适的计算模型进行计算结果对比，并可用有限元法对转换结构进行局部补充计算，用真实、准确的数据给结构转换层的设计提供依据和指导，从而保证带结构转换层的高层建筑结构设计效果符合预定目标。
4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
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