论述建筑转换层的结构设计

来源:用户上传      作者: 陈鹏

　　摘要：文章首先介绍了建筑转换层的类型与基本特征。其次重点探讨转换层的设计原则与常见形式，帮助设计人员确定最科学合理的方案。最后将设计与施工过程中需要重点注意的事项进行总结，明确技术要点后，可使修筑流程简单明了，在短时间内快速选定结构类型。
　　关键词：转换层；建筑结构；结构设计
　　一、建筑转换层的概念与特点
　　转换层可将建筑结构的不同功能区分开，使之分为上下两部分，在高层建筑中最为常见。楼层到达一定高度后水电能源很难从地面直接供应，此时修筑转换层可将稳压设备安放在其中，保障上层居民生活不受到影响。不同使用功能的建筑物在对内部空间进行设计时都有特定的参照标准，以民宅结合商服为例。这种建筑形式由于经济潜能巨大，在市区中最为常见，一层门市区域对内部空间要求高，使用面积大同时结构必须完整，上部楼层为居住区域，由于整体结构较高，会对基础楼层加固修筑，使用强度大的混合材料。而上部结构由于高度特异性，需要承载风力，同时又要尽可能的减小自重，避免压力过大对基层造成影响，因此修筑材料会有所变化。
　　转换层分为结构转换与功能转换两种，具有众多优异性能，首先可使内部使用空间得到提升，业主在对内部结构进行优化时有更多的选择。其次是对结构承载力的强化作用，将基础层与上部分楼层之间的承重形式进行转换，可将作用在墙体上的压力均匀分布，避免对建筑结构造成损害。转换层在设计过程中要考虑基层承载能力与建筑高度之间的关系，这部分结构修筑完成后会增加建筑物的自重，分割了整体性，设计时要将这些因素加入其中，减少使用中的不稳定因素。功能转换层在修筑时要重点考虑高度因素，虽然是用来安放供电设备，但同时也要考虑承载性能，不可对原有结构产生破坏。科学合理的运用转换层可促进建筑物稳定性得到提升，为施工团队节省时间，获取更多的经济效益。
　　二、建筑转换层结构设计的原则及分类
　　1、转换层的设计原则
　　在对建筑物转换层进行设计时，要重点考虑对楼体承载性能的影响，避免出现过于复杂的结构，使之形成连续的承载体系。结合建筑物整体来看，结构转换层的稳定性受多种因素影响，设计过程中要避免监理结构的出现，可加大纵向承载墙体与支柱的比例，可缓解结构变化对基层造成的压力。转换层上下楼层选用的材料有很大差别，应对剪力的能力自然也不相同，转换后支撑结构应对形变的能力会有不同程度的下降，这设计过程中需要重点考虑的。上层建筑在使用过程中会遭受到风力的影响，转换层要具备应对这一剪力的能力，同时在抗震性能上也要有所突破。在建筑中设计转换层以提升使用性能为目的，自然要将地区内容易发生的自然灾害预加在其中，进行计算，可得出结构最科学的修筑方式与材料用量。
　　2、转换层的结构设计的分类。
　　2.1、梁式转换结构
　　梁式转换层以支撑墙与应力柱为主体，使用过程中更具有稳定性，不会对基层产生破坏性的压力。梁式转换结构在建筑工程中最为常用，对施工场地条件要求较小，过程简单便于操作，并且对力的承载形式更具有科学性。结构中使用频率最高的支撑形式是梁与柱，可节省施工原材料，由于结构体积较小，施工时间会明显减小，为团队节省更多的工期。
　　2.2、板式转换结构
　　板式转换层可为后续施工提供承载空间，在设计过程中可在其基础上继续添加承重支撑柱，具有灵活的变动性。板式结构在设计时很难计算力的走向，这也是需要解决的首要问题。复杂的网线穿梭在其中，结构完整性很容易遭受到破坏，沉重能力因此而下降。需要修筑的面积较大，与其他类型相比较并不能在短时间内完成，不利于对工期的规划。从抗震性能分析，受到强烈震动后结构完整性会遭到破坏，上部楼层得不到有力保护，很容易出现事故。
　　2.3、桁架转换结构
　　桁架转换可以横向修筑，解决了传统转换层中纵向刚度降低问题。此种结构承载力极强，不会对上下层结构造成影响，在高层建筑中被广泛应用，使用过程中也安全稳定，可满足结构与功能转换的需求。除以上使用特征为，桁架转换的设计过程并不简便，需要技术人员的全程参与，对楼层高度也有严格的标准。并不是所有转换层都可选用桁架式进行修筑，其单位楼层高度必须超过三米。桁架转换也具有一定的变动性，在承载能力达到规定标准的前提下，可对各项结构修筑规模进行缩减。
　　2.4斜柱转换结构
　　此类转换结构巧妙的运用了相互作用力，同等规模的结构在其影响下承载能力会得到最大限度提升。主要支撑结构为柱式，占地面积较小，设计过程中需要确定支撑点，并结合场地实际情况制定出科学的施工方案。斜柱结构修筑的重点注意事项是平衡点的选取，确保其倾斜度可以促进建筑稳定性的提升，同时纵向不会受到重力的影响。
　　2.5、巨型框架结构
　　巨型框架在建筑工程中并不常见，这一概念被提出的时间较短，在短时间内很难投入到使用中。此类转换层纵向分布，承重结构通常以圆柱形式出现，结构并不是固定的，在设计过程中可根据建筑物整体需求做出改变，在此基础上开展的结构转换更科学规范。由于修筑规模较大，在其内部可设计预应力结构，剪力作用在墙体后会被抵消，将破坏性降至最低。
　　三、建筑转换层结构设计中的注意事项
　　1、保证转换层的刚度
　　转换结构作为过渡部分使用，设计人员重视的是上下部分的连接问题，以及结构转换之后对基层作用力。转换结构的自身刚度很容易被忽略。这一特征与楼层高度之间有着必然联系，因此在设计过程中转换结构要与建筑整体相吻合，刚度要一致。垂直方向需要承受来自顶端的重力，水平还要承载风力剪切作用，这对结构的刚度都会造成影响，因此要特别注意。刚度降后结构很容易发生形变，有害裂缝等不利因素也会在此阶段产生。在进行建筑结构转换层设计时，要注意确保转换层的结构刚度不低于其上层结构刚度的70%。为此，应当合理的调整转换层内部剪力墙的分布状况，适度的提高落地剪力墙的厚度，并使用强度等级较高的混凝土进行施工，同时尽可能将纵横墙按照筒体的结构进行排布。
　　2、提高转换层与建筑物的整体性
　　通过调整转换层的结构设计内容来提高转换层与建筑物整体性的，能够提高建筑物的稳定性，延长建筑物的使用寿命。为此，应当尽可能对其上下层之间的轴网，简化转换层的设计方案，尽可能令质量中心与刚度中心相对应，使转换层的受力更加明确，从而避免使用板式转换结构，以防止建筑物出现刚度突变的现象，达到提高建筑物整体性的目的。
　　3、合理安排转换层的位置
　　由于建筑物的受力模式较为复杂，且建筑物内部的所受作用力的种类和分布都会随着建筑高度的增加而发生微妙的变化，当高度达到一定的范围后，建筑物所受的各项作用力的效果便会呈明显的上升趋势，给建筑物的设计带来困难。如果转换层的位置过高，不仅会令转换层内部的受力状况发生改变，还会对上下层面的刚度与受力方式产生影响，使转换层成为建筑物的薄弱环节，降低建筑物的抗震能力。通常情况下，转换层的位置应以三层以下为宜，最高不得超过六层。
　　小结：分析建筑转换层结构设计的原则和种类，并充分了解建筑转换层结构设计中的注意事项，能够有效的提高建筑结构转换层的设计效果，在保证工程质量的同时，达到降低工程施工难度，控制工程施工成本的作用，对促进我国建筑行业的发展有着积极的意义。
　　参考文献：
　　[1]孙鸿伟.关于高层建筑转换层的结构设计分析[J].四川水泥，2014（09）.
　　[2]龙真信.建筑转换层结构的设计研究[J]，科技与企业，2015（05）.
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