剖析帶轉換層的復雜小高層的結構設計方式

王 曉 彥

(山西省建筑設計研究院，山西 太原　030001)

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剖析帶轉換層的復雜小高層的結構設計方式

王 曉 彥

(山西省建筑設計研究院，山西 太原030001)

介紹了高層建筑轉換層的定義和功能，從桁架結構、箱型結構、梁式結構和厚梁厚板結構方面，總結了高層建筑的四種不同類型轉換層的結構形式，并提出了相應的設計方法，從而保證建筑的安全性和穩(wěn)定性。

高層建筑，轉換層，結構形式

0　引言

通常情況下，高層建筑為了結構的合理性，需要在建筑的下部多增加一些墻體來保證相應的承載能力，但是在實際的建筑中,上部需要一些墻體來滿足住宅的要求，而在建筑的下部為了獲得較大的空間又需要去掉許多墻體，所以這些結構會產生一定的矛盾。對此，需要在高層建筑中設計一定的轉換層，從而保證結構的安全性和一定使用性。

1　轉換層定義及功能

為了滿足人們的需求，需要在高層建筑的上層設置較多的墻體，軸線的布置較為復雜，而下部需要較大的空間，應該盡量的減少墻體，保證柱網足夠大。在這種情況下，上層的荷載可能不會直接傳遞給地基，會對結構的安全性產生影響。對此應該利用轉換結構來將豎向荷載傳遞給水平轉換構件，這就是帶有轉換層的高層建筑結構。

首先，通過轉換層能夠將上部的剪力墻荷載傳遞給下部的框架，屬于上下層結構類型的轉換，這種結構類型主要出現(xiàn)在剪力墻和框架—剪力墻結構中，這種方式能夠保證內部自由空間的充足；另外還有上下層結構柱網和軸線的改變方式，這種方式使轉換層上下的結構形式不會發(fā)生變化，但是利用轉換層能夠增加下部結構的柱距，保證柱網的擴大，這種形式主要在外框筒的下層來進行設置，保證下部獲得較大的使用空間；還有就是能夠對上下層結構同時進行轉換的結構類型和柱網，這種方式是上述兩種方式的結合，不但能夠將轉換層上部的剪力墻結構轉化成框支剪力墻，還能將上部剪力墻和下部柱網的軸線錯開，這樣就能夠保證上下層不同使用功能的靈活性。

2　不同類型轉換層的結構和設計方法

高層建筑的轉換層轉換結構的形式主要有四種，分別是桁架結構、箱型結構、梁式結構和厚梁厚板結構，具體內容如下：

1)桁架轉換層結構。桁架轉換層結構是根據梁式結構轉換層演化而來的，轉換層結構的主要組成部分是由多榀鋼筋混凝土桁架組成的，在轉換層的上下樓面的結構層里設置上桁架的上下弦桿，而結構層之間會設置腹桿。桁架結構在高度上較高，所以會使得下弦桿具有較小的截面尺寸。無論是實腹桁架還是空腹桁架，都可以作為鋼桁架或者鋼筋混凝土桁架，而鋼筋混凝土桁架是鋼筋混凝土高層結構中較為常用的桁架。桁架轉換層結構相比于梁式轉換層結構來說更加具有整體性，能夠更加清楚的進行受力分析，不但自重較小，而且具有較好的抗震性，在管道的安裝和維修上也很方便。但是這種轉換層結構不但在設計方面難度較大，而且施工起來也很復雜。

桁架結構首先需要進行一定的整體結構的內力分析，不但要對結構整體的位移、變形等方面有要求，而且需要按照國家的相關規(guī)定規(guī)程來對轉換層上下結構的側向剛度比進行把關。相對來說，桁架結構轉換層受力上更加的合理，正是因為這種轉換層受到的剪力以及彎矩比較小，所以容易對構件的截面尺寸進行控制，從而在抗震性上有著很好的效果。也正是因為桁架結構受到的剪力和彎矩比較小，所以對轉換層下部的影響較小，對于結構來說較為合理。

2)箱型轉換層結構。箱型轉換層的結構形式主要組成部分是單向托梁和雙向托梁，加上上下層較厚樓板的共同工作，就能保證形成的箱型轉換層的剛度較大。通過箱型轉換層結構能夠在轉換層本身的整體性上進行保證，當出現(xiàn)轉換層結構上部布置較為復雜的情況，還能夠對上下豎向構件的力的有效傳遞進行保證。但是這種結構形式會占用一定的建筑空間，所以這種方式通常會在設備層等樓層中使用。另外，利用箱型轉換層結構在對剪力墻進行設置的時候，可能會與設備和管線的布置產生沖突。這種轉換層結構在重量和造價上也很不占優(yōu)勢，因為這種結構的性質，會因為其結構的復雜性和施工難度的提高，使得實際施工過程中很少使用。

3)梁式轉換層結構。梁式轉換層結構是當前復雜高層建筑中最為常用的垂直轉換結構形式，在這種結構形式中，力通過墻或柱傳到轉換梁，然后再傳給柱或者墻，這種形式在力的傳接上較為直接和明確。在工程的計算、設計和分析上非常的方便，并且施工方便，造價便宜等等，這就是梁式轉換層結構在實際的建筑工程中較為常見的原因。在實際的建筑施工中，這種轉換梁的結構形式也多種多樣，按照轉換梁的功能，能夠分為托墻和托柱；在加不加腋上也會有差異；另外在結構的組成材料上，主要有鋼筋混凝土、預應力混凝土等等。梁式轉換層結構主要是對豎向載荷進行承擔，主要是對豎向載荷作用下的受力規(guī)律進行體現(xiàn)。對上部墻體的轉換梁受力分析的時候，主要采用有限元法來進行分析。通過對工程實例的計算結果的分析，能夠發(fā)現(xiàn)計算的模型在選取的時候會與轉換梁的跨度有關。當上層墻體的層數(shù)較少時，轉換梁的跨度較小，而上層墻體的層數(shù)較多時，轉換梁的跨度則會較大，在大型的復雜高層建筑中，轉換梁的跨度通常在6 m～12 m之間，而層高在2.8 m～3.2 m之間，在這個基礎上進行有限元分析，要保證計算精度能夠滿足設計的需求。

4)厚梁厚板轉換層結構。當出現(xiàn)上下層柱網軸線錯開情況較多的時候，通常會利用這種轉換結構來進行施工，在不能直接的利用梁進行直接承托的情況下，可以利用厚板來進行板式承臺式轉換層施工。通過厚梁厚板轉換層結構能夠保證下層柱網在設計上較為靈活，但是同樣的會具有較大的自重，在資源的消耗方面也較大。正是因為厚梁厚板轉換層結構的剛度較大，所以會被視為剛性的轉換層。雖然通過厚板厚梁式轉換層結構能夠保證上下層結構的布置，但是也會阻礙上下層之間的受力傳遞等等，不能很好的進行計算，而利用有限元法來進行結算的時候會較為復雜，增加了設計的不便。從受力上進行分析的時候，在對柱與柱或者柱與墻之間進行配筋加強的時候，需要增加配筋量。在剪力和沖切的抗力上來說，正是因為轉換板的厚度較大，所以厚板的自重就會較大，使得下層垂直構件的承載能力在設計時要加強，增大了混凝土的用量，在經濟性方面不好。

帶厚板轉換層的高層建筑在進行整體結構的內力分析的時候可以利用三維空間分析程序進行處理，厚板的內力會因為轉換板邊界形狀的不規(guī)則，載荷的分布和力等方面也會很復雜，所以需要有限元軟件進行分析。通過有限元軟件在前后處理功能較為良好，能夠對內力進行分析，自動的進行內力的計算，能夠實現(xiàn)局部轉換層結構的變化分析，對水平方向上的剪力和彎矩進行計算。

3　結語

雖然我國在轉換層上具有一定的研究，但是在高層建筑轉換層結構的眾多方面仍需要進一步的完善和改進，應該對轉換層上下結構的情況進行全面的分析，保證能夠正確的設計轉換層的形式，努力滿足使用者的要求并需要保證整體建筑的安全穩(wěn)定性。

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Analysis on design method of complicated high-rise building structure with conversion layer

Wang Xiaoyan

(ShanxiAcademyofBuildingDesign,Taiyuan030001,China)

The paper introduces the concept and functions of high-rise building conversion layer, summarizes four kinds of structural forms of high-rise building conversion layer from aspects of truss structure, box structure, beam structure and thick-beam plate structure, and finally concludes corresponding design methods, so as to guarantee the building safety and stability.

high-rise building, conversion layer, structural form

1009-6825(2016)08-0065-02

2016-01-07

王曉彥(1985- )，女，助理工程師

TU318

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