有關(guān)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的思考

吳 健

江西省建筑設(shè)計研究總院，江西南昌 330046

現(xiàn)如今，我國建筑行業(yè)的發(fā)展速度越來越快，在人們生活水平日漸提升的背景下，其對于居住環(huán)境的要求也越來越高，因此，在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)體系當中，人們愈加重視高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計。為滿足廣大人民群眾對住宅提出的要求，我國建筑行業(yè)中涌現(xiàn)出了許多復雜化與多樣化的建筑結(jié)構(gòu)。在高層建筑當中，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義十分重要，其可使高層建筑結(jié)構(gòu)中各部分的使用功能得到良好發(fā)揮，令高層建筑的結(jié)構(gòu)更加完善，只有將高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計水平有效提升上去才能使我國建筑行業(yè)獲得更加健康、良好的發(fā)展。

1 高層建筑轉(zhuǎn)換層的具體功能

1.1 轉(zhuǎn)換高層建筑上、下層結(jié)構(gòu)的類型

此種高層建筑轉(zhuǎn)換層對剪力墻結(jié)構(gòu)與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑較為適用，其可將高層建筑上層的剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為下層的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，開拓出一個較大的內(nèi)部自由空間。

1.2 改變高層建筑上、下層結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)布置

此種高層建筑轉(zhuǎn)換層對轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)形式相同的高層建筑較為適用，通過此種方式擴大高層建筑轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的柱距，使其變成一個大柱網(wǎng)空間，在商住高層建筑中應用率較高，可使高層建筑的下層結(jié)構(gòu)具有較大空間，用以建設(shè)停車場或商場。

1.3 同時轉(zhuǎn)換并改變高層建筑上、下層的結(jié)構(gòu)類型與柱網(wǎng)布置

此種高層建筑轉(zhuǎn)換層可將高層建筑上部剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為框支剪力墻結(jié)構(gòu)，并使高層建筑上部剪力墻軸線錯開高層建筑下部柱網(wǎng)，使高層建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出上下柱網(wǎng)不對齊現(xiàn)象，在辦公高層建筑當中具有較高應用率，可將高層建筑上部作為小開間辦公室，將高層建筑下部作為企業(yè)大廳或停車場等。

2 高層建筑轉(zhuǎn)換層的受力特點

底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)形式是我國高層建筑應用率較高的一種高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，具有以下受力特點：（1）以高層建筑轉(zhuǎn)換層為界線，高層建筑上層所有剪力墻具有相似的變形曲線，高層建筑因水平外力而產(chǎn)生的剪力按建筑上層中各剪力墻的等效剛度比例進行分配，高層建筑下部框支剪力墻的側(cè)向剛度會迅速降低，導致建筑底層框架所需承受的水平力減小，而高層建筑落地剪力墻在底層所承擔的水平力卻大幅提升；（2）底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)形式會迅速改變水平力在高層建筑底層的分配關(guān)系，出現(xiàn)此種現(xiàn)象的原因在于高層建筑轉(zhuǎn)換層剛性樓板會對內(nèi)力進行傳遞。高層建筑轉(zhuǎn)換層樓板在重新分配了上下樓層剪力時，其自身于平面內(nèi)會承受很大的力，導致其出現(xiàn)較為明顯的平面內(nèi)變形，從而對樓板平面剛度無限大的基本假定產(chǎn)生影響；（3）在高層建筑底層框支柱與落地剪力墻以等效剛度原則對水平力進行分配時，因框支柱的側(cè)向剛度一般情況下達到剪力墻側(cè)向剛度的1%，所以在實際計算過程中其僅需承擔極小的水平力，但在高層建筑轉(zhuǎn)換層樓板發(fā)生變形時，高層建筑底層框支柱區(qū)域內(nèi)水平位移會達到最大，令高層建筑框支柱所承受的剪力大于預計[1]。通過對高層建筑轉(zhuǎn)換層受力特點的分析不難看出，高層建筑轉(zhuǎn)換層上下附近的受力狀況較為復雜，因此，在對高層建筑轉(zhuǎn)換層進行設(shè)計的實際過程中需針對高層建筑框支柱與落地剪力墻預留安全儲備。

3 幾種常見高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

3.1 梁式轉(zhuǎn)換

梁式轉(zhuǎn)換這種高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式在高層建筑軸網(wǎng)布置及上、下層柱網(wǎng)布置較為規(guī)則的底部大空間結(jié)構(gòu)體系中應用率較高，在高層建筑具有縱橫向同時轉(zhuǎn)換需求時可采取主次梁布置方法或雙向梁布置方法。梁式高層建筑轉(zhuǎn)換層具有布局簡單、受力清晰、施工便利等諸多優(yōu)點，被廣泛應用于帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑工程當中，但其具有轉(zhuǎn)換梁自重較大、截面尺寸較大等弊端，且易導致高層建筑轉(zhuǎn)換層上、下層構(gòu)造剛度發(fā)生突變，不利于抗震，所以，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了預應力混凝土梁式轉(zhuǎn)換、型鋼混凝土梁式轉(zhuǎn)換及加腋梁式轉(zhuǎn)換等高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。

3.2 箱式轉(zhuǎn)換

箱式轉(zhuǎn)換是通過上下層樓板與單、雙向托梁來共同完成高層建筑荷載從上部到下部的傳遞的。與梁式轉(zhuǎn)換相比，箱式轉(zhuǎn)換的平面內(nèi)剛度較大，但自重較小，對高層建筑抗震性能的改善較為有利。

3.3 板式轉(zhuǎn)換

板式轉(zhuǎn)換這種高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式在高層建筑軸網(wǎng)布置及上、下層柱網(wǎng)布置具有較多錯開情況下較為適用，由于此種條件下很難利用梁來直接對建筑上部結(jié)構(gòu)予以承托，所以需將轉(zhuǎn)換層做成厚板，利用其承受高層建筑上部荷載，并將荷載傳遞給高層建筑下部。因轉(zhuǎn)換板厚度的大小與其上部荷載成正比，所以，通常情況下高層建筑的板式轉(zhuǎn)換層均具有較大剛度與較大自重，不利于抗震，與此同時，此種高層建筑轉(zhuǎn)換層的理論研究與設(shè)計依據(jù)尚不成熟，在一定程度上限制了此種高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式的應用。

3.4 桁架轉(zhuǎn)換

桁架轉(zhuǎn)換這種高層建筑轉(zhuǎn)換層由多榀桁架對高層建筑上部結(jié)構(gòu)荷載進行共同承擔，通常高度等同于高層建筑的一個層高，于上層樓板內(nèi)設(shè)置上弦桿，于下層樓板內(nèi)設(shè)置下弦桿，具有較為清晰的受力規(guī)律，在使用時較為靈活，且抗震性能較好，但其用于轉(zhuǎn)換的桿件節(jié)點具有較為復雜的受力狀態(tài)、設(shè)計難度較大且施工較為復雜，對其實際應用產(chǎn)生一定限制。

4 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的注意事項

4.1 需對轉(zhuǎn)換層剛度予以充分保證

對于高層建筑來說，轉(zhuǎn)換層的作用十分重要，與高層建筑的整體質(zhì)量水平息息相關(guān)，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可直接影響高層建筑的剛度大小，由于高層建筑轉(zhuǎn)換層會負荷高層建筑的整體重量，其在整個高層建筑當中屬于最為薄弱的一個環(huán)節(jié)。因此，在實際設(shè)計過程中需確保高層建筑轉(zhuǎn)換層剛度大于其上層建筑結(jié)構(gòu)剛度，對高層建筑內(nèi)部墻體結(jié)構(gòu)予以合理設(shè)計，確保其受力均勻，并適當加強部分墻體，保障高層建筑的整體質(zhì)量。

4.2 將轉(zhuǎn)換層與高層建筑的整體性有效提升上去

高層建筑轉(zhuǎn)換層與高層建筑的抗震性能及整體質(zhì)量息息相關(guān)，只有對高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進行持續(xù)的調(diào)整與分析才能在最大程度上確保高層建筑的可靠性與穩(wěn)定性，將高層建筑的使用年限有效提升上去。需以高層建筑上下層結(jié)構(gòu)為依據(jù)對設(shè)計方案予以盡量簡化，確保建筑整體剛度中心及質(zhì)量中心的一致性，使轉(zhuǎn)換層受力更加均勻，避免因受力不均而造成高層建筑墻體出現(xiàn)變形與裂縫。

4.3 使轉(zhuǎn)換層位置的安排更具合理性

由于高層建筑結(jié)構(gòu)具有相當?shù)膹碗s性，其內(nèi)部受力常不夠平衡，任何細微變化均可對建筑的整體質(zhì)量產(chǎn)生影響，防震設(shè)計是高層建筑建設(shè)過程中的一項重要工作，若未對其中一些轉(zhuǎn)換構(gòu)件進行地震測試則無法充分保證這些構(gòu)件的安全性；因此，需進一步對這些構(gòu)件展開研究與調(diào)查，使轉(zhuǎn)換層位置的安排更具合理性，如板式轉(zhuǎn)換形式對地震頻發(fā)地區(qū)不適用，但若將其應用于高層建筑地下室則地震幾乎不會對其造成嚴重影響等。

5 結(jié)語

高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計工作是一項十分系統(tǒng)且復雜的工程，對高層建筑來說十分重要。在對高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的實際過程中必須充分注重高層建筑的技術(shù)要求與質(zhì)量要求，及時發(fā)現(xiàn)并改正設(shè)計過程中存在的問題，站在力學的角度展開詳細分析，以高層建筑的實際情況與功能為依據(jù)選取最為合理的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，充分明確高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的注意事項，同時保證高層建筑的設(shè)計效果與整體質(zhì)量，將高層建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性有效提升上去，促進我國建筑行業(yè)的良好發(fā)展。