現代高層建筑轉換層功能分析與應用

文/ 任東超 邯鄲建筑設計有限責任公司 河北邯鄲 056002

現代高層建筑轉換層功能分析與應用

文/ 任東超 邯鄲建筑設計有限責任公司 河北邯鄲 056002

現代不少高層建筑在某層的上部與下部由于其使用功能不同，致使該樓層上下部平面布局結構不同、受力情況不同。為使高層建筑在合理布局，滿足使用功能的同時，保證其整體結構的穩固、可靠，則需要通過在該樓層設置轉換層來實現。本文主要對高層建筑轉換層的功能進行了分析，對其在現代高層建筑中的應用進行了探討。

高層建筑；轉換層；分析應用

隨著我國城市化發展進程的加快，城市建筑結構、形式及功能也在不斷發生改變，逐漸向建筑高層化、設計時尚化、功能綜合化的方向發展。現代高層建筑不僅注重對城市空間的利用，向“上”發展，以及講求時尚、美觀設計的外，同時滿足商業、居住、辦公等多項使用功能也成為現代高層建筑的一大特點。尤其是在一些臨街、臨商業區的高層建筑，往往底層用來開設商場，中層為辦公、會議用房，上部樓層布置住宅、旅館，這種多功能的、不同用途的樓層則需要不同形式的空間布局，然而其空間布局需求正好與建筑結構布置要求是相反的。通過在高層建筑中設置轉換層有效地解決了這方面的問題，轉換層結構已成為現代高層建筑結構發展的一大趨勢。

1、轉換層結構的功能分析

從建筑的使用功能方面來看，多功能的高層建筑一般要求下部墻體盡量要少、柱網大，盡可能地擴大室內空間，使其自由靈活使用，以滿足飯店、商場等公共設施大空間、大出口的功能需求；中部開間較小，以滿足辦公需求為主；上部則多為小開間公寓，滿足居住需要。從建筑結構受力情況分析，由于高層建筑結構下部樓層要承受很大的豎向荷載，而上部樓層受力相對較小，從這方面來講，其結構設計應該是下部墻體多、柱網密，由下而上，墻體數量逐漸減少，柱網擴大。這樣就導致了建筑空間需求與結構布置正好相反的情況，為滿足建筑功能需求，上部小開間，布置剛度大的剪力墻，下部大空間，布置剛度小的框架柱，使得建筑物“頭重腳輕”，因此，必須在結構轉換的樓層設置轉換層。設置轉換層可以將上部開間結構的豎向荷載傳遞至下部大開間的結構上，實現上下部結構豎向荷載的轉換與過度，從而保證建筑物整體結構的穩固。

2、轉換層結構的主要類型

2.1 上層剪力墻、下層柱的轉化

在一些下部做為商場，上部為公寓的多功能建筑中，為增加底部空間的使用靈活性，常采用上部剪力墻，下部柱支撐的結構，這種結構要求荷載從上部剪力墻向下部柱進行轉換，一般在剪力墻結構和框架—剪力墻結構中較為常用。剪力墻支撐在柱上形成框支剪力墻，這種結構上部抗側剛度很大，下部柱子抗側剛度則很小，上下部剛度相差過大，致使該結構在水平荷載作用下容易造成底部框架的變形和破壞，因此，底部大空間要求底部結構必須與落地剪力墻相結合。

2.2 上層柱到下層柱的轉換

該種類型轉換有兩種情況，一種是上下柱在同一軸線上，另一種是不在同一軸線上。在束筒、框筒、筒中筒結構中，為了方便布置出入口或連通下部多層大空間，外框筒底必須減少柱子或加大柱距，將上部小柱距到下層大柱距的過渡就需要通過轉換構件來實現了。有的柱子位置豎直一致、軸線相同、受力明確，轉換構件也較為簡單，注意需采用剛度較大的轉換構件來承載下層大跨度較大的豎向荷載，避免剛度突變。如果上下柱不在同一軸線上，則需要根據具體情況來確定轉換方式，高位轉換應盡量選用較輕的轉換構件。

2.3 結構軸線和結構形式同時轉換

有些建筑不僅上下部布置不同，并且軸線也對不上，無法直接傳力。對于這種結構類型，其結構和轉換構件的設計都比較困難，可以采用后板轉換構件或箱型轉換構件進行力的間接傳遞。該種轉換層本身與上下樓層會不可避免地存在剛度差，因此，必須要加強上下部結構的抗彎、抗剪能力，特別是對下部支撐構件的承載力和剛度要求很高，在建筑抗震結構中，應盡量此種類型的結構轉換。

3、轉換層構件的主要形式

3.1 梁式轉換層

梁式轉換層設計施工簡單，受力明確，主要有兩種布置形式，即沿橫向或縱向的平行布置和滿足縱、橫向同時轉換的雙向梁布置。梁式轉換層廣泛應用于底部大空間剪力墻結構中，即使是在部分剪力墻落地的結構中，在底部幾層剪力墻與框架的交界處也常采用大截面托梁來進行過渡。梁式轉換層的不確定之處是當轉換次梁較多，上下軸線不對齊時，空間受力情況較為復雜，在較大的水平荷載下，轉換主梁易產生較大扭距，梁端易裂縫。

3.2 桁架式結構轉換層

桁架式轉換層由多榀桁架組成承重結構，其上下弦桿分別設在轉換層的上下樓面結構中，具有對建筑使用功能影響，自重輕，抗抗剪力能力強的特點。對于多功能的高層建筑，一般要設置設備管道空間層，將桁架轉換層根據上下柱網軸線位置進行設置，較好地解決了此類問題，使管道設置更為方便、靈活，充分滿足建筑空間布局和功能要求；桁架轉換層的間隙可選用一些較輕質的教材進行填充，有利于較輕結構自重；桁架式轉換層對于需要高層轉換的情況更為有利，當空腹桁架的豎向腹桿承受較大剪力時，將腹桿與型鋼相配置，可以抵御較大的剪力。

3.3 箱型轉換層

單向托梁、雙向托梁與上下層厚樓板可以形成剛度較大的箱型轉換層，箱型轉換層結構完整，箱型轉換層與上層剪力墻同處于一個整體結構中，相互間受力關系明確，具有較大的承載力和剛度。但由于箱型結構自身剛度較大，其底層或下部幾層結構需要進行合理的布置，保持其一定的剛度，才能在抵抗水平力時避免產生較大的相對位移。該轉換層常用于鐵路工程中，在房屋結構中則使用很少。

3.4 板式轉換層

對于一些商住一體的、體型復雜的建筑，由于其上部剪力墻布置較不規則，下部又要求規則大柱距，上下層既有柱網、軸線變化，又有結構類型改變的情況，難以布置桁架與轉換梁，采用板式轉換層成為一種較為理想的選擇。其轉換層為2m—3m厚的實心鋼筋混凝土承重板，并且可根據上部結構變化在一些部位設置暗梁，保持結構受力穩定，特別適用于功能要求多、體型復雜的高層建筑。

[1]沈蒲生．高層建筑結構疑難釋義[M]．中國建筑工業出版社,2006.

[2]陳忠范．高層建筑結構[M]．東南大學出版社,2008.

[3]黃瑛.帶轉換層高層結構綜合樓設計[J].鐵道標準設計,2005.