關(guān)于建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的分析建議

李匯鋒

摘要：復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)或高層建筑設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常會涉及到轉(zhuǎn)換層，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意多種問題，否則不僅無法發(fā)揮應(yīng)有的作用，還會影響建筑整體安全性，所以，對建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有效分析是非常必要的。論文簡要介紹了建筑轉(zhuǎn)換層有關(guān)知識，并對建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中的各個構(gòu)件設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單敘述，并提出建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要注意的問題。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)方案；分析

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要根據(jù)建筑整體特點(diǎn)進(jìn)行各部分的細(xì)致設(shè)計(jì)，若建筑涉及轉(zhuǎn)換層層結(jié)構(gòu)，必須全面考慮建筑各部分內(nèi)容，確保充分考慮建筑整體穩(wěn)定性、抗震能力。保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)能夠與其他各種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行有效配合，降低現(xiàn)場施工難度，提升建筑整體安全性，并在具體施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，做好建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

二、建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析

（一）結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1、 板式

板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性都比較差。在建筑結(jié)構(gòu)中的上下軸網(wǎng)存在變化，但是仍舊處于正交的情況下，可以使用正交主次轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換層功能。板式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式最為主要的優(yōu)勢就是能夠在轉(zhuǎn)換層適當(dāng)設(shè)置和調(diào)整結(jié)構(gòu)形式，適用于建筑結(jié)構(gòu)整體錯位或上下部軸網(wǎng)不處于正交的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，根據(jù)建筑抗剪、抗沖切需求，這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)厚度要控制在兩米以上，若出現(xiàn)地震問題，會造成整個建筑結(jié)構(gòu)的不良反應(yīng)加大，大大增加建筑下部豎向結(jié)構(gòu)承載負(fù)荷，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要綜合多方因素進(jìn)行考慮[1]。

2、梁式

不少建筑工程設(shè)計(jì)過程中，將建筑轉(zhuǎn)換層與設(shè)備層共用，因此，為敷設(shè)管道、線路就需要在轉(zhuǎn)換梁腹部設(shè)置洞口，其計(jì)算模型需要根據(jù)現(xiàn)場預(yù)留孔洞進(jìn)行選擇，一般分為實(shí)腹梁、開孔梁、雙梁、空腹桁架等幾種形式。采用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其傳力路徑清晰，現(xiàn)場施工便利，構(gòu)造簡單，工作穩(wěn)定可靠，轉(zhuǎn)換梁的整體截面尺寸主要是依據(jù)其抗剪承載力決定的，可以通過加腋或施工鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土等方式縮小轉(zhuǎn)換梁截面尺寸，在采用梁式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時要注意對轉(zhuǎn)換大梁與上部結(jié)構(gòu)共同工作情況進(jìn)行有效分析。

3、桁架式

桁架式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)分為空腹桁架、實(shí)腹桁架兩種類型。桁架式轉(zhuǎn)換層的受力較為清晰，可應(yīng)用的空間較大，整體抗震性能較好，但是采用桁架式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)必須關(guān)注其節(jié)點(diǎn)問題，整體設(shè)計(jì)難度較高，需要關(guān)注節(jié)點(diǎn)的受力情況，十分復(fù)雜，這種復(fù)雜性有時候會成為建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最大障礙，甚至影響桁架式轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用效果[2]。

4、其它形式

⑴巨型框架

這種方式主要由豎向筒體或巨型柱與一道或多道大梁共同組成，整體抗震性能較好，是當(dāng)前較為重要的建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向之一，巨型框架結(jié)構(gòu)形式可以使用模擬施工、設(shè)計(jì)，在未形成巨型結(jié)構(gòu)前要解決好臨時支撐，重視抗側(cè)剛度的提升，特別是在巨型梁以下幾層，由于柱內(nèi)存在拉應(yīng)力，必須嚴(yán)格依照受拉構(gòu)件要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

⑵斜柱式

采用這種形式的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)能夠更好的發(fā)揮出混凝土的抗壓性能，形成更高的空間利用率，在斜柱式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)當(dāng)中會存在較大的水平載荷，現(xiàn)場施工過程中可以充分結(jié)合建筑平面布局，通過設(shè)置圈梁、拉梁，確保在最短路徑范圍內(nèi)能夠平衡，盡量使斜柱轉(zhuǎn)換層通過較多的樓層，以便減少上下樓層的水平力，確保轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案更為便利。

（二）設(shè)計(jì)基本原則

1、進(jìn)行建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要注意弱化上部結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化下部體系，建筑的整體抗震設(shè)計(jì)要確保處于建筑轉(zhuǎn)換層的上、下部主體結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的系統(tǒng)總剪切剛度比值必須注意滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

2、設(shè)計(jì)過程中針對換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)，要注意確保盡量多的上部屬相結(jié)構(gòu)能夠向下落地貫通，并確保連續(xù)，特別是在框架式核心筒結(jié)構(gòu)當(dāng)中，其中的核心筒必須上下貫通。

3、建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的重要組成，可以根據(jù)工程建設(shè)實(shí)際，對受力變形狀態(tài)計(jì)算模型進(jìn)行空間整體計(jì)算分析，必要的情況下可以使用有限元法進(jìn)行局部補(bǔ)充計(jì)算分析[3]。

4、盡量優(yōu)化建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，減少需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件，選擇具有明顯的力學(xué)傳導(dǎo)路徑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，盡可能采用直接落地的豎向構(gòu)件，減少轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，減少轉(zhuǎn)換層造成的剛度突變，提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，提升結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)及后續(xù)現(xiàn)場施工質(zhì)量。

（三）建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要關(guān)注的問題

1、合理選擇建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)剛度

建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)過程中，必須關(guān)注其剛度，確保處于合理范圍之內(nèi)，若轉(zhuǎn)換層剛度超出相應(yīng)數(shù)據(jù)，不僅會造成轉(zhuǎn)換層上、下部受力不均，還會影響現(xiàn)場材料使用量，對建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不利影響。若建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度較低，其上部支架結(jié)構(gòu)與豎向構(gòu)件間可能存在較大的沉降差值，在部分垂直和水平構(gòu)件上產(chǎn)生一定的應(yīng)力，若存在這種情況必須增加相應(yīng)結(jié)構(gòu)體系中的配筋數(shù)量。

2、控制好建筑結(jié)構(gòu)中的逆向轉(zhuǎn)換

建筑結(jié)構(gòu)中的逆向轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)作為較為常見的建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，其與常規(guī)倒置的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)存在較大的相似性。斜柱式轉(zhuǎn)換層與桁架式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的力學(xué)路徑雖然較為清晰，但是整體剛度較低，比較實(shí)用與逆向轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際需求進(jìn)行方式選擇。若建筑整體呈現(xiàn)上疏下密的結(jié)構(gòu)形式，在下部柱網(wǎng)會因不同柱體間的載荷差異出現(xiàn)顯著的移位現(xiàn)象，進(jìn)而在下部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較大的次應(yīng)力，在現(xiàn)場施工過程中必須采取有效措施避免這種隱患問題，可以通過在結(jié)構(gòu)網(wǎng)變化的區(qū)段設(shè)置轉(zhuǎn)換層，使下部柱網(wǎng)、柱體承受的載荷處于平衡狀態(tài)[4]。

3、 關(guān)注建筑轉(zhuǎn)換層下部柱體的剛度分部情況

針對建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)來說，施工過程中無法避免的會出現(xiàn)豎向上的剛度突變，為確保建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剪力能夠符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)及建筑運(yùn)行的實(shí)際需要，在對其進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時可以通過加大轉(zhuǎn)換層豎向構(gòu)件截面尺寸，不斷的增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度等級，進(jìn)而提升剪力墻的強(qiáng)度設(shè)置，獲取滿足要求的建筑轉(zhuǎn)換層下部柱體的剛度分部。

4、 注意與其他建筑專業(yè)的配合

建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式一般會選擇可以與建筑外觀相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式，確保轉(zhuǎn)換層具有良好外觀的同時也能滿足相應(yīng)的性能要求。同時建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)還能幫助建筑實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，在不少工程當(dāng)中，都將轉(zhuǎn)換層作為設(shè)備層，轉(zhuǎn)換層當(dāng)中就必須要有足夠的空間給設(shè)備管道，讓其可以在轉(zhuǎn)換層中通過，如果洞口的尺寸已經(jīng)超出了一個相對比較合理的范圍，就應(yīng)該采用空腹或者是實(shí)腹桁架來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換層的功能。因此，在設(shè)計(jì)、施工過程中必須與其他建筑專業(yè)進(jìn)行配合才能達(dá)到相應(yīng)設(shè)計(jì)要求。

三、結(jié)語

轉(zhuǎn)換層多應(yīng)用于復(fù)雜或高層建筑當(dāng)中，合理應(yīng)用轉(zhuǎn)化層，能夠擴(kuò)大建筑內(nèi)部空間，增加建筑功能，但是建筑轉(zhuǎn)換層對建筑豎向剛度存在定影響，因此在進(jìn)行建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，必須注意減少對豎向結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇科學(xué)、合理的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)方式，依照建筑自身功能需求進(jìn)行建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，真正發(fā)揮出轉(zhuǎn)化層的作用，將現(xiàn)代建筑更好的與城市其他建筑因素相結(jié)合，形成具有城市特色的建筑群，為城市發(fā)展增光添彩。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐志偉.建筑轉(zhuǎn)換層的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析探述[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2018（17）：17-18.

[2]劉子健，吳琦銳.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理及其應(yīng)用[J].信息記錄材料，2018，19（07）：229-231.

[3]張得果.探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].智能城市，2018，4（08）：37-38.