探討高層建筑轉換層結構設計抗震

吳大偉

（廣州南方建筑設計研究院　廣東　廣州　510640）

探討高層建筑轉換層結構設計抗震

吳大偉

（廣州南方建筑設計研究院廣東廣州510640）

隨著社會的進步，經濟與科技的飛速發展，在時代發展的潮流之中，越來越多的高樓大廈逐漸形成，這些高層建筑的落成在與時俱進的今天，同樣也引進了很多先進的科學技術和科學理念，高層建筑的發展方向指向了多功能化和智能化。在建筑工程中，高位轉換層的結構設計以及其功能和作用成為了被關注的重點話題。本文針對高層建筑中的轉換層的結構設計以及其功能和抗震作用，進行深刻的探討，并結合實際進行詳細的分析與總結。

高層建筑；轉換層；結構設計；抗震

1　引言

在科技飛速發展的現代社會，傳統的建筑設計形式和功能作用的構造，已經遠遠不能滿足當代發展的需求，城市人口的密集，商業競爭的激烈，造成了建筑的功能需求變大，高層建筑被商店、餐飲、娛樂、辦公、住房等多種行業需求，那么傳統的單一結構形式缺乏完備性和綜合性，在很多方面都出現了問題。因此，針對這個問題，在高層建筑的設計建造中，選用結構轉換層的設計形式，這種設計是在完全不同的結構型式中建造剛度加大的結構層，使得高層建筑的結構設計更加合理和完善，同時在結構轉換層的設計過程中，還應當考慮高層建筑的抗震等級和抗震作用，高層建筑的轉換層結構設計對于抗震的作用是極為不利的，此時則應當按照抗震規范和實際要求進行規劃和設計。

2　高層建筑轉換層結構的介紹

2.1高層建筑轉換層結構的概念

在高層建筑中，為了實現多功能化，對于上部小下部大的空間構造，需要將水平轉換結構和下部豎向構件進行連接，來解決上部小空間豎向構件不能夠與地面連接的問題，這種構造即為高層建筑的轉換層。具有這種轉換層的建筑雖然在一定程度上解決了構造設計的問題，但由于建筑受力不均勻，從受力分析的角度來說增加了工程建設實施的難度，對于必須設計轉換層結構的高層建筑來說，設計人員在設計安排的過程中必須考慮實際，按照《高層建筑混凝土結構技術規程》與《抗震規范》的要求，從各種設計方案中擇優選擇，爭取實現功能的最大化及綜合化。

2.2高層建筑結構轉換層的形式與應用

高層建筑的轉換層結構大致有三種類型：①上下層結構的類型轉換，應用最多的是剪力墻結構，將上部的結構換成下部的框架，增大了內部的空間；②上下層的柱網與軸線的改變，通過轉換層將下層柱之間的間距增大，從而形成大柱網，為下層需要較大出口的建筑設計提供方便；③將轉換結構形式與結構軸線結合，上部的剪力墻結構變成了框架結構，柱網軸線與上層軸線錯開，設計成上下結構不齊的構造，這三種類型的設計大大滿足了高層建筑的結構使用。對于不同的建筑需要則應有不同的轉換層結構設計形式，就目前而言，使用最為廣泛的轉換層結構模式有梁式、桁架式、厚板式與箱形，這些設計形式在高層建筑轉換層的建設中都有一定的應用。圖1為幾種轉換層結構類型示意圖。

圖1

3　高層建筑轉換層結構抗震的現狀和問題

目前，針對許多高層建筑的建設而言，從功能的角度上來說，高位轉換層結構使得建筑更加多能化，滿足了人們的需求和發展，但是從結構的角度考慮，因為轉換層設計的復雜的結構體系，嚴重的影響了建筑的抗震作用，而且轉換層的位置越高，振動的性能越復雜，轉換層的剛度也有差別，從而極易造成底部的集中變形和震害。并且通過振動的試驗與分析計算，發現轉換層結構的重量與其他樓層相比，要大得多，當轉換層位較高時，在振型較大的地震作用下，建筑所受到的影響和震害更大，樓層的位移變化也很大，極易造成轉換層附近的樓層位移發生突變。中國建筑科學院的研究者對于振型及轉換層的設計也做了大量的試驗和探究，當轉換層處于較高位置時應從較多振型的設計考慮，同時還應當加強高位轉換層結構的彈性和塑性，提高建筑的安全性與抗震性能。由此可見，目前高層建筑的轉換層結構，雖然應用得較為廣泛，但是對于建筑的整體功能與抗震性能方面來說，還是不夠完善的，對于上部樓層比下部樓層小，中間為轉換層結構的高層建筑，在理論上的分析是符合情理的，但是缺乏具體的實驗研究，對于具有轉換層這種特殊結構的建筑，則更加需要系統的實驗探究與分析，必須全面考慮它的動力特性與抗震作用，才能夠合理的保證高層建筑的多功能性、抗震性和其他優良性能。

4　高層建筑轉換層結構抗震設計

高層建筑轉換層結構中遇到的一些問題，從理論與實際的角度進行分析，由于轉換層的設計和構造，建筑上層與下層的剛度不一樣，剛度的均勻性被破壞，那么就影響到了整個建筑物的受力，建筑物的抗震性能也受到了影響。在對高層建筑的轉換層結構進行設計時，不能按照常規的結構進行分析和設計，要從具體的建筑情景出發，根據建筑的作用和規模，對高層建筑進行反常規設計。

影響高層建筑抗震性能的結構為轉換層結構，轉換層是通過改變和影響建筑的受力改變了振型，增加了震害，那么在對高層建筑進行抗震設計的過程中，應當從設防烈度、結構的類型、房屋的高度以及構建的種類進行分析和構造，并采取相應合理的措施，同時應當按照《抗震規范》的要求設計。對于轉換層結構位于較低位置時，高層建筑的抗震等級應符合《高規》中4.8節的規定，當轉換層結構位于較高位置三層級三層以上時，高層建筑的抗震等級應按照《高規》4.8.2和4.8.3規定的較高一級，設計合理的抗震等級。

從水平方向的地震作用進行分析，分析的方法是反應譜分析法。通過多次的地震記錄，對于建筑結構在不同的自振周期和頻率時，產生的最大的地震反應，然后對這些反應取平均值，所得的結果即為反應譜。將轉換層結構簡化離散的多自由度體系，然后將這些離散的多自由度體系，按照自振振型進行分解，得到若干個等效的單自由度體系的組合。于是便可依據反應譜求得每個等效單自由度體系的地震最大反應，將各個等效單自由度體系地震最大反應，即各個振型的地震反應依據禍合法則綜合起來，所產生的結果便是多自由度體系的最大地震反應。規范中的底部剪力法和振型分解法都基于反應譜分析法。在用底部剪力法和振型分解法時，要知道前幾階的自振周期及振型。只有對于不同的結構產生的地震反應進行綜合分析，才能對轉換層結構以及整個高層建筑做出很好的抗震設計，從根本上解決問題。抗震等級的要求，在一定程度上很好的規避了振動作用給建筑帶來的危害，減少了震害，這種抗震設計對于建筑來說的貢獻是非常大的。

5　總結

社會的發展越來越快，城市人口數量增多，對高層建筑的需求也越來越多，然而隨著商業的發展，建筑已不再僅僅具有單一的功能和作用，高層建筑向著多功能化和智能化的方向發展。本文針對這一現狀，講述了高層建筑中轉換層的結構設計，很好的實現了這一功能，但在對高層建筑的轉換層結構進行設計和建造時需要注意很多問題，如建筑的抗震作用。于是，本文從建筑的抗震作用出發，對于抗震等級做出了深刻的分析與探究，從而在對高層建筑的轉換層結構進行設計之前，分析結構與作用的關系，將高層建筑因轉換層結構而受到的不良影響降到最小，從而實現高層建筑的多功能化和智能化，同時很好的保證了建筑的安全性與抗震性。

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