綜合性高層建筑的結構轉換層

【摘 要】在我國高層建筑發展的早期高層建筑大都為單一用途，隨著城市建設的不斷發展很多高層建筑開始向多功能、多用途的綜合性高層建筑發展，要適應這種結構形式的變化就必須設置結構轉換層，根據結構轉換層的功能合理選擇轉換層結構形式是高層建筑設計的關鍵。

【關鍵詞】綜合性；高層建筑；結構轉換層；混凝土；結構形式

1 引言

近年來高層建筑發展迅速，建筑朝體型復雜、功能多樣的綜合性方向發展，因而相應的結構形式也復雜多樣。由于建筑物的各部分使用功能和要求的不同，對建筑物結構形式、柱網布置等也就提出了不同的要求，為了實現和適應這種結構形式的變化過渡，很多高層建筑中都設置了轉換層。

2 按照不同的結構轉換功能，轉換層可分為三種類型：

2.1上下層結構類型的改變，如轉換層以下為框架、框架-剪力墻或框架-筒體等結構形式，轉換層以上為剪力墻、剪力墻-筒體等結構形式。

工程實例——北京南洋飯店。地面以上24層，總高度為85m。第1～4層為框架結構，第6層以上為剪力墻結構，第5層為轉換層，剪力墻的托梁高度為4.5m，底層柱最大直徑為1.6m。

2.2 上下層柱網、軸線的改變，轉換層的上下層結構形式不變，僅柱網、軸線有所變化，常用于筒體結構建筑中。

工程實例——香港新鴻基中心，51層，總高度為178.6m，筒中筒結構體系。1～4層為大空間商業用房，5層以上為辦公樓。外框筒柱距為2.4m，為解決底層大柱網入口處上、下不同結構柱網軸線的轉換，采用截面尺寸為2.0m×5.5米的預應力混凝土大梁，將下層柱距擴大為16.8m和12m；

2.3 上下層不僅結構類型有所改變，而且柱網、軸線也有所改變，常用于上下層功能變化較大或較復雜的建筑物。

工程實例——香港Harber Road Development大廈。49層，總高度為180m，上層為小柱距框筒結構，通過截面尺寸為1800m（b）×4250m（b）的預應力混凝土大梁的轉換，將下層柱距擴大為9.6m和12m。

3 內部結構、外圍結構采用的轉換層結構形式

3.1 為實現高層建筑內部上、下層結構形式與柱網的變化，可以用以下幾種結構轉換形式：

3.1.1 梁式結構轉換層

由于它受力明確，設計與施工簡單，一般用于上層為剪力墻結構，下層為框架結構的轉換。當縱、橫向同時需要轉換時，可采用雙向梁布置的轉換方式。為適應上部荷載的需要，梁的截面尺寸比較大，常用的尺寸有1000mm×2000mm，1200mm×250mm，1500mm×3000mm等。前述的北京南洋飯店，廣東肇慶星湖大酒店都是采用梁式轉換層。

3.1.2 板式結構轉換層

當上、下柱網、軸線有較大錯位，不便用梁式轉換層時，可以采用板式轉換方式。板式結構的轉換層通常適用于上下層既有結構類型的改變，又有柱網、軸線的變化整個轉換層是一塊厚達2.0-3.0m的實心鋼筋混凝土承重板。有的板式轉換層中在一定的部位也設置暗梁，以滿足上部結構的變化要求。它的下層柱網可以靈活布置，不必嚴格與上層結構對齊，但板很厚，自重很大，材料用量很多。

3.1.3 箱式結構轉換層

當需要從上層向更大跨度的下層進行轉換時，若采用梁式或板式轉換層已不能解決問題，這種情況下，可以采用箱式轉換層。箱式結構的轉換層實際上也是有梁式結構的轉化層變化而來的。有縱橫交錯的雙向主次梁連同上下層樓面的樓板結構以及四周墻壁構成全封閉的箱式結構轉換層，整個轉換層就像一只大箱子，當然四周也可以適當開洞。它很像箱形基礎，也可以看成是由上、下層較厚的樓板與單向托梁、雙向托梁共同組成，具有很大的整體空間剛度，能夠勝任較大跨度、較大空間、較大荷載的轉換。

3.1.4 桁架式結構轉換層

桁架式結構的轉換層是有梁式結構的轉化層變化而來的，整個轉換層由多榀鋼筋混凝土桁架組成承重結構，桁架的上下弦桿分別設在轉換層的上下樓面的結構層內，層間設有腹桿。由于桁架高度較高，所以上下弦的截面尺寸相對較小。這種形式的轉換層受力合理明確，構造簡單，自重較輕，材料節省，能適應較大跨度的轉換，雖比箱式轉換層的整體空間剛度相對較小，但比箱式轉換層少占空間。

3.1.5 空腹桁架式轉換層

這種形式的轉換層與桁架式轉換層的優點相似，但空腹桁架式轉換層的桿系都是水平、垂直的，而桁架式轉換層則具有斜撐竿。空腹桁架式轉換層在室內空間上比桁架式轉換層好，比箱式轉換層更好。

3.2 外圍結構往往由于建筑功能的需要在底部擴大柱距，一般采用梁式轉換、絎架式轉換、墻式轉換、間接式轉換、合柱式轉換、拱式轉換。

合柱式轉換應用比較普遍，美國紐約世界貿易中心就是采用合柱式轉換，下面例舉合柱式轉換的優點。

工程實例——重慶銀星商城，總建筑面積49800m2，地上28層，總高度101.2m，為商住、商貿綜合樓，1～9層為商場，基本柱網7.80m×7.80m及7.80m×9.30m，第10層為技術層及物業管理，第11～26層為住宅，第27層及第28層為電梯技術間及水箱間。由于上部住宅的柱網、軸線與下部商場不能完全重合，對前述的轉換層結構形式都不適合該工程的特點，而且材料用量及造價均較高。后來在第9層與第10 層利用兩層空間設置了4根V形柱來完成結構轉換。 在該設計中V形柱占據兩層空間。其斜度為1/5.3，在上面一層為兩肢對稱的斜柱，到下面一層合成為實腹的倒梯形狀，雙斜柱的截面積之和不小于下面倒梯形柱的截面積。在斜柱的頂部用拉梁互相聯結，同時在斜柱的外跨框架梁采取加腋措施。采用V形柱式結構轉換時，該層梁的剪力及彎矩要小的多，同時節省了材料用量。

4 轉換層截面設計

結構設計中普遍采用的轉換梁截面設計方法主要有普通梁法、偏心受拉法、深梁法、應力法四種方法。本文做簡單介紹偏心受拉法和深梁法。

4.1 偏心受拉法

在《高層建筑混凝土結構技術規程》2002，中規定框支梁為偏心受拉構件，其截面設計的關鍵是將有限元分析得到的截面應力換算成截面內力，可按有關文獻上的計算公式計算然后根據轉換梁的截面內力（彎矩M、軸力N）按偏心受拉構件進行正截面承載力設計，根據剪力V 進行斜截面承載力設計。關于截面應力換算為截面內力問題也可參照有關文獻中的圖表。

4.2 深梁法

實際工程中轉換梁的跨高比介于普通梁和深梁之間，尤其是框支轉換梁其受力和破壞特征類似于深梁。根據圣維南原理，影響轉換梁受力特征的墻體高度應和轉換梁的跨度有關，當轉換梁承托的上部墻體滿跨或基本滿跨時，轉換梁與上部墻體之間共同工作的能力較強，此時上部墻體和轉換梁的受力特征如同一個倒T 形深梁， 轉換梁為該組合深梁的受拉翼緣，跨中區存在很大的軸向拉力，此時轉換梁宜按倒T 形深梁進行截面設計。該設計方法的關鍵是截面高度的確定及內力臂的計算，一般深梁截面高度取轉換梁頂以上ln 范圍內的墻體與轉換梁一起組成倒T 形深梁。計算出作用于倒T 形深梁截面上的彎矩、剪力后，按深梁進行截面設計。

5 結束語

轉換層結構越來越廣泛的應用在現代高層建筑中，其優點是將各種使用功能的建筑單元集中布置并上下組合在一起，以集中緊湊的建筑布置達到建筑面積最高利用率，減少了建筑物占地面積，節約了土地費用。

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