高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

涂冬冬

摘 要：近年來高層建筑在城市建設(shè)中不斷興起，由于高層建筑可以有效的滿足空間的多樣化，與目前人們的需求相一致，所以越來越受到人們的歡迎。但在空間的多樣性變化過程中，則需要對高層建筑結(jié)構(gòu)進行轉(zhuǎn)換層的設(shè)計。文中從轉(zhuǎn)換層的功能與設(shè)計原則入手，分析了高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，并進一步對高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)形式；結(jié)構(gòu)設(shè)計

前言

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)進程的不斷加快，人們對高層建筑的需求不斷增加，高層建筑也開始向復(fù)雜的結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。很多高層建筑在功能上都處于多種用途的狀態(tài)，通常下部為商業(yè)功能，而上部則為民用住宅。這樣下部和上部在空間上就存在著較大的差異，所以需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計時利用到轉(zhuǎn)換層進行設(shè)計，利用墻體或是柱網(wǎng)將建筑的上部和下部不同功能區(qū)區(qū)分開來，從而滿足各自的使用要求，各自需求的滿足，只有通過轉(zhuǎn)換層才能更好的實現(xiàn)。

1 轉(zhuǎn)換層的功能與設(shè)計原則

1.1 轉(zhuǎn)換層的功能

1.1.1 建筑功能。利用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可以為高層建筑提供寬闊的室內(nèi)空間和出入口。

1.1.2 結(jié)構(gòu)功能。高層建筑利用轉(zhuǎn)換層可以實現(xiàn)上下部結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，上部的剪力墻結(jié)構(gòu)更適合于民用住宅結(jié)構(gòu)，而下部框架結(jié)構(gòu)由于可以具有較大的內(nèi)部空間，更適宜商用。通過轉(zhuǎn)換層將兩者有效的融合為一體，確保了高層建筑結(jié)構(gòu)的多樣化。

1.1.3 軸線及上下層柱網(wǎng)轉(zhuǎn)換。利用轉(zhuǎn)換層進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，在其不改變上下結(jié)構(gòu)形式的情況下，可以通過對軸線及上下層柱網(wǎng)的改變，實現(xiàn)下部柱距的擴大，以大柱網(wǎng)的形式滿足下部大空間的需求。

1.1.4 錯位布置。在轉(zhuǎn)換進行上下結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換時，可以對上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的軸線和柱網(wǎng)軸線進行錯位布置。

1.2 設(shè)計原則

高層建筑由于自身重量較大，所以對其穩(wěn)定性和抗震性具有較高的要求，但在進行轉(zhuǎn)換層設(shè)置時，極易導(dǎo)致豎向剛度突變的發(fā)生，從而導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能受到較大的影響，所以在進行轉(zhuǎn)換層設(shè)計時需要遵循利用直接落地的豎向構(gòu)件、宜低不宜高、宜小不宜大的諸多原則。即在進行轉(zhuǎn)換層設(shè)置時，由于豎向構(gòu)件會對剛度和結(jié)構(gòu)的抗震性能帶來突變，所以需要選擇直接落地的豎向構(gòu)件來進行設(shè)置；在進行轉(zhuǎn)換層設(shè)置時，盡量選擇高層建筑豎向位置較低的地方；同時為了確保所設(shè)置的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式能夠具有更明確的傳力路徑，所以需要對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，這樣對于結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工都會有一定的益處；在轉(zhuǎn)換時需要對剛度進行適度的控制，不宜過大，這樣不僅有利于建筑物的安全性，而且也會帶來較好的經(jīng)濟性。

2 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

2.1 梁式轉(zhuǎn)換

高層建筑進行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換時有多種轉(zhuǎn)換形式可以選擇，但在這些結(jié)構(gòu)中，梁式轉(zhuǎn)換具有良好的傳遞途徑，便于工程計算和設(shè)計，成本也較低，所以在目前高層建筑中在進行垂直轉(zhuǎn)換時通常都會選擇梁式轉(zhuǎn)換，其將上部墻經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳給下部柱，從而實現(xiàn)整體建筑的使用功能。

2.2 箱式轉(zhuǎn)換

利用箱式轉(zhuǎn)換時，其主要是將單向托梁或者雙向托梁與上、下層較厚的樓板澆筑成為一個整體，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，而且利用箱式轉(zhuǎn)換時轉(zhuǎn)換層具有較大的剛度。

2.3 板式轉(zhuǎn)換

在高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)置時，在需要對上下柱網(wǎng)具有較多錯開及無次序布置的情況下，而且無法實現(xiàn)用梁承托時，則會考慮利用一定厚度的轉(zhuǎn)換板來進行轉(zhuǎn)換層的設(shè)置，確保轉(zhuǎn)換層具有一定的抗剪和抗沖擊性能。利用板式進行轉(zhuǎn)換時，可以使下層柱進行靈活的擺動，但由于其所需要的材料較多，施工成本較高，而且施工難度也較大。

2.4 桁架轉(zhuǎn)換

桁架轉(zhuǎn)換層在進行轉(zhuǎn)換時可以有兩種選擇，一種是利用空腹桁架進行轉(zhuǎn)換，另一種是實腹桁架轉(zhuǎn)換。桁架轉(zhuǎn)換具有比梁式轉(zhuǎn)換層更明確的受力途徑，而且有更大的活動空間，不僅自重較小，而且具有非常好的抗震性能。但由于其設(shè)計時節(jié)點較為復(fù)雜，受到的影響因素較多，所以在目前高層建筑中應(yīng)用還不是很廣泛。

2.5 斜柱轉(zhuǎn)換

這種轉(zhuǎn)換層能夠發(fā)揮混凝土可壓縮性能的優(yōu)勢，為整個建筑擴大利用空間，其為比較特殊的一種結(jié)構(gòu)形式。使用此類轉(zhuǎn)換層，會增大水平荷載，因此為了克服這個缺點，以建筑物的平面布置為前提，在轉(zhuǎn)換層施工中添加圈梁或拉梁，以最短的路徑，達到相互平衡。施工時，應(yīng)考慮斜柱轉(zhuǎn)換層的荷載分擔，只有將轉(zhuǎn)換斜柱盡量連接在更多的樓層，而減少分布在上下樓層的荷載，才能保證此類轉(zhuǎn)換層的安全及設(shè)計的方便。

2.6 巨型框架轉(zhuǎn)換

此類轉(zhuǎn)換層具有比較好的前景，也是目前我國建筑業(yè)的發(fā)展方向。巨型框架轉(zhuǎn)換具有較好的抗震性能，主要是由豎向筒體或巨型柱與一道或多道大梁組成，從結(jié)構(gòu)上看，也是由多個梁式轉(zhuǎn)換層組成。在施工前，通過模擬施工過程的設(shè)計方法，掌握在施工中遇見的問題，有效解決支撐情況及維持足夠的抗側(cè)剛度。

3 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置

據(jù)相關(guān)研究已經(jīng)顯示，在底部的轉(zhuǎn)換層中，如果其位置越高，它的上下高度的突變就會越大，轉(zhuǎn)換層的上下內(nèi)力的傳遞途徑，其突變也會加劇，落地的剪力墻以及簡體就容易出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，框架的支柱內(nèi)力加大，使得轉(zhuǎn)換層的上部其附近的一些墻體就會被破壞。所以說，轉(zhuǎn)換層的位置如果是過于高，就會對抗震產(chǎn)生不利的影響。按照相關(guān)的研究結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)換構(gòu)件能夠運用箱形結(jié)構(gòu)、斜撐、厚板、轉(zhuǎn)換大梁等形式，在地震區(qū)對于一些轉(zhuǎn)換厚板的使用經(jīng)驗是比較少的，可以在一些非地震區(qū)采用，在一些大空間的地下室中，因為其周圍有著約束的作用，而地震的反應(yīng)也低于上部的框支結(jié)構(gòu)，所以，在7度到8度的地震設(shè)計的一些地下室就能夠采用這種厚板轉(zhuǎn)換層。

3.2 轉(zhuǎn)換層豎向布置

轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的傳力以及建筑的功能需要，沿著高層的建筑方向靈活布置，也可以符合建筑功能要求的基礎(chǔ)上，能夠在樓層的局部來設(shè)置轉(zhuǎn)換層，而且自身的空間可以作為一種技術(shù)設(shè)備層，也可以作為一種正常的使用層，但是前提是要保證轉(zhuǎn)換層的剛度，這樣來防止剛度的過分懸殊。

3.3 轉(zhuǎn)換層抗震設(shè)計

為了進一步的保證設(shè)計的準確性與安全性，規(guī)定在一些框支剪力墻其轉(zhuǎn)換層的位置如果是設(shè)置在第三層以上，那么框支柱以及剪力墻其底部的抗震等級要提高一級，如果已經(jīng)是特一級就不再需要將其提高，而對于底部的框架來說，如果其外圍為密柱框架，其抗震等級就不用再提高。轉(zhuǎn)換層其構(gòu)件在水平地震作用下的內(nèi)力要將其調(diào)整，如果是八度的抗震設(shè)計，就要對豎向地震的影響需要考慮。

3.4 轉(zhuǎn)換層樓板設(shè)計

轉(zhuǎn)換層將框支剪力墻分成上下兩部分，對于這兩者來說，其受力情況是有一定差距的，在上部的樓層中，因為外荷載而產(chǎn)生的水平力，有自己的分配原則，它是根據(jù)剪力墻的剛度來進行的。在下部樓層中，框支柱的剛度與落地的剪力墻的剛度也是不同的，后者承擔著水平剪力，也就是說，在轉(zhuǎn)換層處荷載的分配不是很均勻。轉(zhuǎn)換層其樓板具有比較重的任務(wù)，轉(zhuǎn)換樓板其自身的變形大、受力大，應(yīng)該要保持足夠的剛度來完成對于自己任務(wù)的支撐。

4 結(jié)束語

目前高層建筑施工中對轉(zhuǎn)換層進行設(shè)置是必不可少的一道設(shè)計工序，這就需要根據(jù)不同建筑結(jié)構(gòu)的自身特點來進行選擇適合的轉(zhuǎn)換層類型，同時還要對施工中的諸多環(huán)節(jié)進行嚴加控制，充分的發(fā)揮各構(gòu)件的特性，確保轉(zhuǎn)換層的質(zhì)量，使建筑具有良好的穩(wěn)定性和抗震性。

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