淺析高層建筑中結構轉換層結構體系

摘要:隨著城市的不斷發展，人們對于工作、生活以及文化娛樂環境提出了更為復雜的要求，促使高層建筑由單一的功能逐漸向多功能綜合性建筑發展。由于建筑物上層和下層之間功能的不同，就要求有結構轉換層來進行不同的結構類型的轉換。本文就高層建筑設計中常見的結構轉換形式和存在的問題進行研究。

關鍵詞:高層建筑；結構轉換層；形式；體系

1結構轉換層概述

建筑功能復雜化的發展趨勢下，要求在同一幢建筑中既有小開間的住宅，又有大空間的商場，還需要一定的地下停車場。綜合功能的高層建筑已經成為現代高層建筑設計中的大潮流。結構轉換層作為將建筑上部樓層結構的類型和布置轉換為下部樓層結構類型和布置的水平結構，主要的結構形式一般有梁式轉換層、厚板式轉換層、桁架轉換層、箱型轉換層以及懸掛結構等。在建筑設計過程中，如何選擇結構轉換體系，必須結合建筑各方面具體情況，保證結構的安全與經濟。

一般來說，高層建筑轉換層結構可在建筑高度的任意樓層上靈活布置，在適當的處理下還可以作為技術設備層或者正常的樓層進行使用，其布置原則有：第一，要求底層有較大的空間。轉換層結構體系可以是一個水平結構體系也可以是一根滿足受力特性的大梁，使得底層盡量擺脫立柱的影響，取得較大的底層空間。第二，任意樓層上要求開敞空間或改變柱列。在轉換層設置的時候可以根據建筑結構傳力以及使用功能等特點進行分段布置、間隔布置和托掛相兼的方式。

2常見結構轉換層形式介紹

2.1梁式轉換層。梁式轉換層作為目前高層建筑轉換層中應用最廣泛的結構形式，具有受力性能好、構造簡單且造價較低便于施工等優點。但是梁式轉換層對于開洞有著一定的限制，其開洞位置適宜設置在梁中部或者軸附近。轉換層大梁的截面尺寸一般由剪壓比計算確定，公式為：（μV=Vmax/fcbh0），且其截面高度在抗震設計時必須小于計算跨度的1/6，在非抗震設計中需要小于計算跨度的1/8。當建筑結構縱橫向都需要轉換時，還可以采取雙向梁布置的轉換方式來滿足要求。

2.2厚板式轉換層。當建筑上下軸線布置錯位且不方便使用梁式轉換層直接承托時，可以選擇厚板式轉換方式，進行結構轉換。在實際中對于抗震要求比較高的高層建筑不適宜選用此方式，因為厚板本身自重很大，會將自重集中作用在建筑的中部，且由于結構轉換層剛度大于下部樓層剛度，容易在建筑底部發生變形集中，使得傳力途徑復雜化。但是厚板式轉換層可以保證上下層柱網靈活布置，在實際工程中運用也較為廣泛。厚板的厚度一般可取2.0~2.8m，大約為柱距的1/3~1/5，且對于轉換層上、下層的樓板應適當增加其強度，一般不小于150mm。

2.3桁架轉換層。桁架轉換層結構相較于以上兩種轉換層結構形式，可以實現建筑大跨度的轉換，且具有傳力途徑明確、結構自重小、開洞和管道設置方便等優點。但是該結構形式的受力機理比較復雜，力學計算比較困難，同時在抗震設計上也存在著很多問題。

在進行設計時需要注意當轉換層位置較高時，位于轉換層附近的樓層之間側移會隨之變化，并影響結構內力，使得轉換層附近的樓層成為結構薄弱點；當轉換層位置較低時，容易受到地震的影響，需要考慮桁架轉換層豎向抗震設計。

2.4箱型轉換層。 箱型轉換層較少用于高層建筑結構設計中，其平面內剛度性能處于梁式轉換層和厚板轉換層之間，一般由單向或者雙向托梁連同其上下較厚的樓板組成箱型結構，且上下樓板厚度不宜小于180mm。

2.5 懸掛結構。一般的懸掛結構有核心筒體懸掛和巨型框架結構懸掛，前者通過伸臂桁架將懸掛樓段懸掛于核心筒上；后者可以提供較大的無柱空間，作為較為復雜的轉換層結構主要形式有框筒型、桁架型等。此轉換層結構類型可以實現建筑空間在不同樓層的不同變化，或者是滿足建筑設計造型結構開洞的要求。

建筑外圍的轉換層結構主要用于滿足建筑底部柱距的擴大，形式主要有墻式轉換、梁式轉換、絎架式轉換、間接式轉換、合柱式轉換、拱式轉換等。

實例—日本I.B.M大樓

I.B.M大樓共有41層，建筑高度達156.3m，轉換層大梁主要支撐24~41層的全部結構，總荷載有10707t，轉換層大梁跨度有41.7m。且建筑東側立面有一個巨大的矩形孔洞從18層直接延伸到24層。在設計時為了盡量簡短應力狀態，選擇以簡支的方式連接芯筒與大梁。大梁預應力的施加分為兩次進行，保證大梁在全荷載作用下跨中撓度接近于零。選用兩端矩形過渡到中部為工字型的截面形狀，滿足跨度和荷載要求。

轉換層結構體系中鋼結構大梁的主要特征數據如下表所示：

由此實例可以看出，由于建筑跨度和荷載的要求，在選擇轉換層體系上就會有不同的側重點。高層建筑結構轉換體系設計時需要考慮的因素有豎向撓度、豎向荷載、層剛度比以及層間側移等。由于此大樓的跨度比較大，所以采用預應力混凝土大梁并以簡支的方式連接支座以解決應力復雜的問題。

實際工程中還有很多諸如此類的解決方法例如：建筑要求較高質量的功能空間時，可以選擇鋼筋混凝土空腹桁架結構進行轉換，已到達設計要求的剛度和強度；在建筑跨度較小的情況下，可以考慮采用結構相對簡單、內力分析簡便的實腹式大梁；不管選擇哪種轉換層結構體系，都應該盡量保證受力明確傳力直接的結構，并注意控制工程綜合造價。

3總結

由于我國高層建筑的大力發展，結構技術問題已經成為了建筑設計中重要的部分。在滿足建筑功能需求的情況下保證建筑結構的安全性。在選擇結構體系時，需要綜合考慮建筑使用功能、建筑材料受力特點、施工技術以及施工條件等，選擇經濟安全的轉換層結構體系。

參考文獻

［1］ 張彪. 簡述某高層建筑轉換層結構施工監理控制要點［J］. 科技與企業， 2012， (2): 140.

［2］鄒廣智. 結合實例分析高層住宅結構轉換層的施工技術［J］. 建材與裝飾：中旬， 2011， (12): 82-83.

［3］孫煥青. 淺談高層建筑轉換層施工工藝和質量控制［J］. 大陸橋視野， 2011， (22): 211-212.