高層建筑轉換層結構設計探討

涂冬冬

摘 要：近年來高層建筑在城市建設中不斷興起，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構進行轉換層的設計。文中從轉換層的功能與設計原則入手，分析了高層建筑轉換層結構形式，并進一步對高層建筑轉換層結構設計進行了具體的闡述。

關鍵詞：高層建筑；轉換層；結構形式；結構設計

前言

隨著城鎮化建設進程的不斷加快，人們對高層建筑的需求不斷增加，高層建筑也開始向復雜的結構方向發展。很多高層建筑在功能上都處于多種用途的狀態，通常下部為商業功能，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，所以需要在結構設計時利用到轉換層進行設計，利用墻體或是柱網將建筑的上部和下部不同功能區區分開來，從而滿足各自的使用要求，各自需求的滿足，只有通過轉換層才能更好的實現。

1 轉換層的功能與設計原則

1.1 轉換層的功能

1.1.1 建筑功能。利用轉換層結構可以為高層建筑提供寬闊的室內空間和出入口。

1.1.2 結構功能。高層建筑利用轉換層可以實現上下部結構的轉換，上部的剪力墻結構更適合于民用住宅結構，而下部框架結構由于可以具有較大的內部空間，更適宜商用。通過轉換層將兩者有效的融合為一體，確保了高層建筑結構的多樣化。

1.1.3 軸線及上下層柱網轉換。利用轉換層進行結構設計時，在其不改變上下結構形式的情況下，可以通過對軸線及上下層柱網的改變，實現下部柱距的擴大，以大柱網的形式滿足下部大空間的需求。

1.1.4 錯位布置。在轉換進行上下結構轉換時，可以對上部結構和下部結構的軸線和柱網軸線進行錯位布置。

1.2 設計原則

高層建筑由于自身重量較大，所以對其穩定性和抗震性具有較高的要求，但在進行轉換層設置時，極易導致豎向剛度突變的發生，從而導致高層建筑結構的抗震性能受到較大的影響，所以在進行轉換層設計時需要遵循利用直接落地的豎向構件、宜低不宜高、宜小不宜大的諸多原則。即在進行轉換層設置時，由于豎向構件會對剛度和結構的抗震性能帶來突變，所以需要選擇直接落地的豎向構件來進行設置；在進行轉換層設置時，盡量選擇高層建筑豎向位置較低的地方；同時為了確保所設置的轉換層結構型式能夠具有更明確的傳力路徑，所以需要對轉換層結構進行優化，這樣對于結構設計和施工都會有一定的益處；在轉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濟性。

2 高層建筑轉換層結構形式

2.1 梁式轉換

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

2.2 箱式轉換

利用箱式轉換時，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，從而實現轉換，而且利用箱式轉換時轉換層具有較大的剛度。

2.3 板式轉換

在高層建筑轉換層設置時，在需要對上下柱網具有較多錯開及無次序布置的情況下，而且無法實現用梁承托時，則會考慮利用一定厚度的轉換板來進行轉換層的設置，確保轉換層具有一定的抗剪和抗沖擊性能。利用板式進行轉換時，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 桁架轉換

桁架轉換層在進行轉換時可以有兩種選擇，一種是利用空腹桁架進行轉換，另一種是實腹桁架轉換。桁架轉換具有比梁式轉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。但由于其設計時節點較為復雜，受到的影響因素較多，所以在目前高層建筑中應用還不是很廣泛。

2.5 斜柱轉換

這種轉換層能夠發揮混凝土可壓縮性能的優勢，為整個建筑擴大利用空間，其為比較特殊的一種結構形式。使用此類轉換層，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，應考慮斜柱轉換層的荷載分擔，只有將轉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，才能保證此類轉換層的安全及設計的方便。

2.6 巨型框架轉換

此類轉換層具有比較好的前景，也是目前我國建筑業的發展方向。巨型框架轉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，從結構上看，也是由多個梁式轉換層組成。在施工前，通過模擬施工過程的設計方法，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剛度。

3 高層建筑轉換層結構設計

3.1 轉換層結構布置

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

3.2 轉換層豎向布置

轉換結構可以根據結構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上，能夠在樓層的局部來設置轉換層，而且自身的空間可以作為一種技術設備層，也可以作為一種正常的使用層，但是前提是要保證轉換層的剛度，這樣來防止剛度的過分懸殊。

3.3 轉換層抗震設計

為了進一步的保證設計的準確性與安全性，規定在一些框支剪力墻其轉換層的位置如果是設置在第三層以上，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。轉換層其構件在水平地震作用下的內力要將其調整，如果是八度的抗震設計，就要對豎向地震的影響需要考慮。

3.4 轉換層樓板設計

轉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，因為外荷載而產生的水平力，有自己的分配原則，它是根據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，在轉換層處荷載的分配不是很均勻。轉換層其樓板具有比較重的任務，轉換樓板其自身的變形大、受力大，應該要保持足夠的剛度來完成對于自己任務的支撐。

4 結束語

目前高層建筑施工中對轉換層進行設置是必不可少的一道設計工序，這就需要根據不同建筑結構的自身特點來進行選擇適合的轉換層類型，同時還要對施工中的諸多環節進行嚴加控制，充分的發揮各構件的特性，確保轉換層的質量，使建筑具有良好的穩定性和抗震性。

參考文獻

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