帶轉換層的高層建筑結構設計

【摘要】本文就本高層建筑結構中轉換層的主要結構形式及特點進行了闡述，論述了轉換層結構的一般分析方法和施工原則，結合實例就如何設計帶轉換層的高層建筑結構進行了分析，希望能對業內人士提供一定的參考。

【關鍵詞】轉換層，高層建筑，結構，設計

一、前言

所有高層建筑中，都會有轉換層的出現，它有著不可替代的重要作用。隨著經濟社會的高速發展，對高層建筑功能及綜合性用途的要求也越來越高，要想改變高層建筑的基本功能，通常要改變豎向結構型式，或者改變柱網、軸線，很多時候兩者都要改變。鑒于上述情況，如果高層建筑的豎向結構體系發生變化，就必須設置轉換層，有的文獻也稱之為過渡層。

二、轉換層型式的主要類型及其特點

轉換層有以下幾類：

1.梁式轉換層：常見于底部大空間的框支剪力墻結構體系。梁式轉換層把剪力墻架設在框支梁上端， 框支梁由框支柱支撐。如果縱橫向都需要轉換， 就必須進行雙向梁布置。設計和施工相對簡單， 應用最為廣泛。它的局限性在于如果上下軸線布置錯位，需要增加轉換次梁， 形成較為復雜的空間受力。

2.箱式轉換層：如果轉換梁截面面積偏大，一層樓板不能滿足樓板剛度。可在轉換梁梁頂與梁底，此外另外一層樓板， 構成箱形梁。一般宜遍布全層設置， 應該沿著筑周邊環通構成“箱子”。它的優點是轉換梁具有較強的約束、較大的，整體效果良好，傳力均勻，還可以用作“設備層”，它的不足之處是梁中開設備洞較多， 造價高。施工復雜。

3.厚板式轉換層：如果有較多的上下柱網錯位，梁難以直接承托， 就要用到板式轉換層。厚板厚度要與柱網尺寸、上部結構荷載相匹配。其優點是下部柱網受上部結構影響小， 布置靈活。厚板剛度較為理想，整體性較好， 能夠構成承臺，施工也簡單。缺點是厚板自重大， 容易產生震害，經濟性也不太理想。

4.桁架式轉換層：如果高層建筑下部設置大空間商場， 高層是小空間客房， 還要設置管道設備層， 建議使用桁架式轉換層。上部柱墻穿過桁架傳送到下部柱墻，管道需使用桁架間空間穿行。采用桁架轉換結構時， 通常要跨滿層布置，上弦節點要對中上部密柱或墻肢形心。這種轉換層的框支柱相對較小，施工較為復雜，軸線錯位布置的難度也大。

三、轉換層結構的一般分析方法

轉換層的存在對于整個高層建筑結構體系來說十分重要，在設計中，首先要采用三維空間分析分析整體結構，然后根據上部結構傳遞到負載轉換層上的應力分析層，采用應力分析方法，加固設計及結果分析?？梢允褂脤嶓w單元模擬轉換梁，對于板和重疊的塊，在板和局部進行應力分析。梁式轉換層的墻體形式也可以進行局部應力分析。

通常來說，建筑工程的抗震設防烈度要達到8級，接下來以梁式轉換層為例，對高層建筑轉換層結構的防震功能設計進行具體分析。第一，要想取得精確的計算結果，必須選用合理的模型，還要正確的計算參數：要充分認識，轉換層的設置高度、它在結構中相對位置的變化，以及整個轉換層抗震能力受轉換粱截面結構的影響，鑒于上述情況，設置了4個模型對比分析。

一是原結構模型，轉換層在6層樓面；二是轉換層在2層樓面，層數依舊結構高度減小；三是轉換層還是2層樓面，層數變多，不變的是結構高度；四是將互調轉換層結構轉換梁截面高度與寬度。參考以上4個模型來確定恰當的結構基本參數。分析4個模型振型的地震作用，得出結論，轉換層在6層時，地震作用發生明顯的突變現象；轉換層2層時，它附近的地震作用突變不明顯。

四、我國在高層建筑帶高位架空轉換結構層設計中需遵循的原則

根據我國高層建筑功能使用的需要，選用合理的結構轉換層不可以大量節省施工原材料，還可以縮減建造施工投資成本，此外，如果高層建筑物與結構型式實現統一，也能夠表現出結構整體的建筑美。

1.減少轉換次數的數量。對于帶高位架空結構轉換層，如果豎向結構為上下主體時，需注意最大程度的布置成豎向結構為上、下主體， 豎向結構還要連續貫通，尤其是遇到混凝土框架結構體系，盡量實現上下連貫的垂直豎線結構；

2.直接傳送負荷。布置帶高位架空轉換層的上下主體豎向結構時，還需確保水平轉換結構的傳力直接，應盡量避免多級的復雜轉換過程，同時避免傳力復雜、抗震不利、質量較大、耗材用量多、不經濟、不合理等情況；

3.加強低層弱化高層。在低層大空間的整體結構，為了確保證高層建筑物具備恰當的剛度、強度、延性和抗震等特征，需要最大程度強化帶高位架空的轉換層中低層主體結構剛度性能得到滿足，還要不斷削弱帶高位架空轉換層高層主體結構的剛度性能，從而保證帶高位架空轉換層上下不同建筑體系結構的剛度與變形特征最大程度的相近。

五、高層建筑結構設計及案例解析

1.高層建筑轉換層結構設計案例

案例工程是一個綜合型高層建筑物，占地總面積2.57萬平，26層高度。1層至3層商場，4層到10層是辦公樓，11 到25層是住宅區，26層是機房等。1層、2層層高4米2，3層層高5米6，4層層高3米， 5層、6層層高2米8 。按照建筑設計要求，3層以下要預留較大空間，上部小空間分隔較多，因此，建議上部設置剪力墻，下部設置框一剪結構， 3層樓面設置結構轉換層，板厚250毫米。

2.構件大小。這里需要考慮2個重要的問題：一是要實現大空間層有足夠的剛度，豎直方向剛度變化不能過度懸空，二是水平剪力，能夠靠地傳遞到上部結構。

鑒于題目要求，通常設計中關鍵要滿足上下層剛度比，

也就是說：

Ri、Rw+7——折算抗剪截面面積，

Bs、Bs+2一一s層、s +2層，全部柱的截面面積；

F=FD+0.65D

KL一一在所計算的方向上剪力墻的全部有效截面面積；

MG——第w層，w+7層混凝土剪變模量；

hi、hi+1——第i層、i+1層的層高。

在非抗震設計時，rr應盡量接近于1不應大于3；在抗震設計時，rr應盡量接近于1.不應大于2。

根據以上要求及平面布置情況和構件截面估算.3層以下中柱斷面為110厘米*110m，邊柱80厘米 * 80厘米 .剪力墻厚40厘米 ， 4層以上剪力墻厚20厘米。上部剪力墻較密，導致一般資料無法對轉換層的設計提出細致數量化的的尺寸要求。一般情況下，轉換梁斷面的較大話可以提高轉換層的剛度，如珠江、上海大廈為0.9m*1.75m，深圳國貿大廈梁高4. 5m，北京華聯大樓1.4m*2.8 m。由此可見跨度為6到7m的轉換梁、梁高度一般在2.5m以上。根據同類型結構選用轉換梁截面為90厘米*250厘米至70厘米*150厘米實行電腦計算，還要進行檢測和計量。

六、結束語

為了滿足人們對高層建筑的功能的需求，需要對高層建筑不斷進行完善，必須選擇恰當的轉換層，從而節省材料、費用和寶貴的土地。近年來，我國的轉換層建筑數量激增，施工技術也有了日新月異的發展和進步，如今高層建筑的建設要求越來越高，功能也越來越復雜，對轉換層的要求也有了更多更豐富的內涵。必須不斷提升技術水平和行業標準，從而達到節省土地和資金、保障建筑質量、工期和沒關系的目的。

參考文獻：

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