有關(guān)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思考

吳 健

江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院，江西南昌 330046

現(xiàn)如今，我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展速度越來(lái)越快，在人們生活水平日漸提升的背景下，其對(duì)于居住環(huán)境的要求也越來(lái)越高，因此，在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中，人們愈加重視高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為滿足廣大人民群眾對(duì)住宅提出的要求，我國(guó)建筑行業(yè)中涌現(xiàn)出了許多復(fù)雜化與多樣化的建筑結(jié)構(gòu)。在高層建筑當(dāng)中，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義十分重要，其可使高層建筑結(jié)構(gòu)中各部分的使用功能得到良好發(fā)揮，令高層建筑的結(jié)構(gòu)更加完善，只有將高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平有效提升上去才能使我國(guó)建筑行業(yè)獲得更加健康、良好的發(fā)展。

1 高層建筑轉(zhuǎn)換層的具體功能

1.1 轉(zhuǎn)換高層建筑上、下層結(jié)構(gòu)的類型

此種高層建筑轉(zhuǎn)換層對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑較為適用，其可將高層建筑上層的剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為下層的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，開(kāi)拓出一個(gè)較大的內(nèi)部自由空間。

1.2 改變高層建筑上、下層結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)布置

此種高層建筑轉(zhuǎn)換層對(duì)轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)形式相同的高層建筑較為適用，通過(guò)此種方式擴(kuò)大高層建筑轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的柱距，使其變成一個(gè)大柱網(wǎng)空間，在商住高層建筑中應(yīng)用率較高，可使高層建筑的下層結(jié)構(gòu)具有較大空間，用以建設(shè)停車場(chǎng)或商場(chǎng)。

1.3 同時(shí)轉(zhuǎn)換并改變高層建筑上、下層的結(jié)構(gòu)類型與柱網(wǎng)布置

此種高層建筑轉(zhuǎn)換層可將高層建筑上部剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為框支剪力墻結(jié)構(gòu)，并使高層建筑上部剪力墻軸線錯(cuò)開(kāi)高層建筑下部柱網(wǎng)，使高層建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出上下柱網(wǎng)不對(duì)齊現(xiàn)象，在辦公高層建筑當(dāng)中具有較高應(yīng)用率，可將高層建筑上部作為小開(kāi)間辦公室，將高層建筑下部作為企業(yè)大廳或停車場(chǎng)等。

2 高層建筑轉(zhuǎn)換層的受力特點(diǎn)

底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)形式是我國(guó)高層建筑應(yīng)用率較高的一種高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，具有以下受力特點(diǎn)：（1）以高層建筑轉(zhuǎn)換層為界線，高層建筑上層所有剪力墻具有相似的變形曲線，高層建筑因水平外力而產(chǎn)生的剪力按建筑上層中各剪力墻的等效剛度比例進(jìn)行分配，高層建筑下部框支剪力墻的側(cè)向剛度會(huì)迅速降低，導(dǎo)致建筑底層框架所需承受的水平力減小，而高層建筑落地剪力墻在底層所承擔(dān)的水平力卻大幅提升；（2）底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)形式會(huì)迅速改變水平力在高層建筑底層的分配關(guān)系，出現(xiàn)此種現(xiàn)象的原因在于高層建筑轉(zhuǎn)換層剛性樓板會(huì)對(duì)內(nèi)力進(jìn)行傳遞。高層建筑轉(zhuǎn)換層樓板在重新分配了上下樓層剪力時(shí)，其自身于平面內(nèi)會(huì)承受很大的力，導(dǎo)致其出現(xiàn)較為明顯的平面內(nèi)變形，從而對(duì)樓板平面剛度無(wú)限大的基本假定產(chǎn)生影響；（3）在高層建筑底層框支柱與落地剪力墻以等效剛度原則對(duì)水平力進(jìn)行分配時(shí)，因框支柱的側(cè)向剛度一般情況下達(dá)到剪力墻側(cè)向剛度的1%，所以在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中其僅需承擔(dān)極小的水平力，但在高層建筑轉(zhuǎn)換層樓板發(fā)生變形時(shí)，高層建筑底層框支柱區(qū)域內(nèi)水平位移會(huì)達(dá)到最大，令高層建筑框支柱所承受的剪力大于預(yù)計(jì)[1]。通過(guò)對(duì)高層建筑轉(zhuǎn)換層受力特點(diǎn)的分析不難看出，高層建筑轉(zhuǎn)換層上下附近的受力狀況較為復(fù)雜，因此，在對(duì)高層建筑轉(zhuǎn)換層進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)際過(guò)程中需針對(duì)高層建筑框支柱與落地剪力墻預(yù)留安全儲(chǔ)備。

3 幾種常見(jiàn)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

3.1 梁式轉(zhuǎn)換

梁式轉(zhuǎn)換這種高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式在高層建筑軸網(wǎng)布置及上、下層柱網(wǎng)布置較為規(guī)則的底部大空間結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)用率較高，在高層建筑具有縱橫向同時(shí)轉(zhuǎn)換需求時(shí)可采取主次梁布置方法或雙向梁布置方法。梁式高層建筑轉(zhuǎn)換層具有布局簡(jiǎn)單、受力清晰、施工便利等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑工程當(dāng)中，但其具有轉(zhuǎn)換梁自重較大、截面尺寸較大等弊端，且易導(dǎo)致高層建筑轉(zhuǎn)換層上、下層構(gòu)造剛度發(fā)生突變，不利于抗震，所以，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力混凝土梁式轉(zhuǎn)換、型鋼混凝土梁式轉(zhuǎn)換及加腋梁式轉(zhuǎn)換等高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。

3.2 箱式轉(zhuǎn)換

箱式轉(zhuǎn)換是通過(guò)上下層樓板與單、雙向托梁來(lái)共同完成高層建筑荷載從上部到下部的傳遞的。與梁式轉(zhuǎn)換相比，箱式轉(zhuǎn)換的平面內(nèi)剛度較大，但自重較小，對(duì)高層建筑抗震性能的改善較為有利。

3.3 板式轉(zhuǎn)換

板式轉(zhuǎn)換這種高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式在高層建筑軸網(wǎng)布置及上、下層柱網(wǎng)布置具有較多錯(cuò)開(kāi)情況下較為適用，由于此種條件下很難利用梁來(lái)直接對(duì)建筑上部結(jié)構(gòu)予以承托，所以需將轉(zhuǎn)換層做成厚板，利用其承受高層建筑上部荷載，并將荷載傳遞給高層建筑下部。因轉(zhuǎn)換板厚度的大小與其上部荷載成正比，所以，通常情況下高層建筑的板式轉(zhuǎn)換層均具有較大剛度與較大自重，不利于抗震，與此同時(shí)，此種高層建筑轉(zhuǎn)換層的理論研究與設(shè)計(jì)依據(jù)尚不成熟，在一定程度上限制了此種高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用。

3.4 桁架轉(zhuǎn)換

桁架轉(zhuǎn)換這種高層建筑轉(zhuǎn)換層由多榀桁架對(duì)高層建筑上部結(jié)構(gòu)荷載進(jìn)行共同承擔(dān)，通常高度等同于高層建筑的一個(gè)層高，于上層樓板內(nèi)設(shè)置上弦桿，于下層樓板內(nèi)設(shè)置下弦桿，具有較為清晰的受力規(guī)律，在使用時(shí)較為靈活，且抗震性能較好，但其用于轉(zhuǎn)換的桿件節(jié)點(diǎn)具有較為復(fù)雜的受力狀態(tài)、設(shè)計(jì)難度較大且施工較為復(fù)雜，對(duì)其實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生一定限制。

4 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的注意事項(xiàng)

4.1 需對(duì)轉(zhuǎn)換層剛度予以充分保證

對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換層的作用十分重要，與高層建筑的整體質(zhì)量水平息息相關(guān)，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可直接影響高層建筑的剛度大小，由于高層建筑轉(zhuǎn)換層會(huì)負(fù)荷高層建筑的整體重量，其在整個(gè)高層建筑當(dāng)中屬于最為薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中需確保高層建筑轉(zhuǎn)換層剛度大于其上層建筑結(jié)構(gòu)剛度，對(duì)高層建筑內(nèi)部墻體結(jié)構(gòu)予以合理設(shè)計(jì)，確保其受力均勻，并適當(dāng)加強(qiáng)部分墻體，保障高層建筑的整體質(zhì)量。

4.2 將轉(zhuǎn)換層與高層建筑的整體性有效提升上去

高層建筑轉(zhuǎn)換層與高層建筑的抗震性能及整體質(zhì)量息息相關(guān)，只有對(duì)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行持續(xù)的調(diào)整與分析才能在最大程度上確保高層建筑的可靠性與穩(wěn)定性，將高層建筑的使用年限有效提升上去。需以高層建筑上下層結(jié)構(gòu)為依據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)方案予以盡量簡(jiǎn)化，確保建筑整體剛度中心及質(zhì)量中心的一致性，使轉(zhuǎn)換層受力更加均勻，避免因受力不均而造成高層建筑墻體出現(xiàn)變形與裂縫。

4.3 使轉(zhuǎn)換層位置的安排更具合理性

由于高層建筑結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，其內(nèi)部受力常不夠平衡，任何細(xì)微變化均可對(duì)建筑的整體質(zhì)量產(chǎn)生影響，防震設(shè)計(jì)是高層建筑建設(shè)過(guò)程中的一項(xiàng)重要工作，若未對(duì)其中一些轉(zhuǎn)換構(gòu)件進(jìn)行地震測(cè)試則無(wú)法充分保證這些構(gòu)件的安全性；因此，需進(jìn)一步對(duì)這些構(gòu)件展開(kāi)研究與調(diào)查，使轉(zhuǎn)換層位置的安排更具合理性，如板式轉(zhuǎn)換形式對(duì)地震頻發(fā)地區(qū)不適用，但若將其應(yīng)用于高層建筑地下室則地震幾乎不會(huì)對(duì)其造成嚴(yán)重影響等。

5 結(jié)語(yǔ)

高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)十分系統(tǒng)且復(fù)雜的工程，對(duì)高層建筑來(lái)說(shuō)十分重要。在對(duì)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)際過(guò)程中必須充分注重高層建筑的技術(shù)要求與質(zhì)量要求，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題，站在力學(xué)的角度展開(kāi)詳細(xì)分析，以高層建筑的實(shí)際情況與功能為依據(jù)選取最為合理的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，充分明確高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的注意事項(xiàng)，同時(shí)保證高層建筑的設(shè)計(jì)效果與整體質(zhì)量，將高層建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性有效提升上去，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的良好發(fā)展。