高层建筑结构转换层的结构设计探析.doc

1、高层建筑结构转换层的结构设计探析【摘要】:随着社会和科技的进步，高层建筑也在不断地被建立，人们对空间的多样性和多变性的要求越来越高，这就涉及到高层建筑结构转换层的结构设计，本文就高层建筑转换层的结构设计进行了探析。 【关键词】：转换层；功能；设计原则；结构形式；结构设计 中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号： 引言 随着城市建设步伐的加快，高层建筑的功能需求也发生了很大的变化，不再是单一、枯燥和片面的。常见的建筑物结构形式为民用住宅与公共场所通过墙体、柱网进行分开，各自满足自身的使用要求。在这其中运用到了转换层，只有通过转换层才能实现这种结构变化形式的过渡，完成各自的需求功能。

2、 一、转换层的功能与设计原则 1、转换层的功能 高层建筑设计中采用转换层结构，能够实现以下功能。首先，建筑功能。提供较大的室内空间和出入口。其次，结构功能。转换层能够实现上下结构类型的转换，使得上部剪力墙结构和下部框架结构能够有机融合，使建筑拥有更大的内部空间。转换层能够改变轴线、上下层柱网，却不改变上下层结构形式，从而扩大下部柱距，形成大柱网。转换层能够是上部剪力墙结构转变为框架结构，错开上部楼层轴线和柱网轴线，错位布置上部结构和下部结构。 2、设计原则 因在建筑物中设置转换层可使其竖向刚度发生突变，降低了结构的抗震能力，为了防止这种情况的出现，应遵循以下设计原则：在设置转换层时，应尽量选用

3、直接落地的竖向构件，因为需结构转换的竖向构件能够引起刚度突变，影响结构的抗震能力；应在高层建筑竖向位置较低的地方设置转换层结构，把握宜低不宜高的原则；对转换层结构进行优化，保证选用的换层结构型式具有明确的传力路径，有利于结构分析设计和保证施工量；转换刚度不可过大，在考虑建筑物安全和经济的前提下，坚持宜小不宜大的方法。 二、高层建筑转换层结构形式 1、粱式转换 在高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式是粱式转换，其传力途径直接、明确，是由上部墙经转换梁传力给下部柱，完成整个建筑物的使用功能的。这种转换方式不仅有利于工程的计算、分析及设计，在成本造价上也较低，因此广为人们所应用，根据资料显示，其数

4、量是转换层总量的 77。选择转换梁的截面高度通常为 0.86m，在带转换层结构的高层建筑中主要以梁式转换层为主。 箱式转换 这种转换方式是通过单向托粱和双向托粱与上、下层较厚的楼板浇筑为一个整体而实现的，这种转换层刚度较大。 板式转换 板式转换层主要是应用在转换层上下柱网错开较多、布置没有次序、无法用梁进行承托的情况下，需将转换层做成 2.02.8m 厚度的转换板，这是从抗剪和抗冲切的角度考虑的。这种转换层的下层柱可灵活摆动，然而因自重较大，所费材料较多，拖工难度大。 桁架转换 桁架主要包括空腹桁架与实腹桁架两类。与梁式转换层相比，这种转换层的受力更加清楚、明确，使用、活动空间更大，自重小，抗

5、震性能也更高。然而其节点设计复杂，由于受到各种因素的限制，无法广泛运用于各类高层建筑中。在使用桁架转换层设计时应时时注意一下几个方面： 设计桁架转换层时，高度要求在 3m 以上，若层高受到限制，无法达到要求，使得斜压腹杆形成超短柱，那么在地震发生时便有可能出现脆性破坏； 施工时，为了将桁架的受力优势充分发挥出来，应确保上弦节点与上部集中荷载的中心对齐； 施工时，注意将预应力施加在上下弦和斜拉腹杆中，可明显减少构件的截面，减少了材料用量，对降低整个工程的造价具有较大的作用。 斜柱转换 这种转换层能够发挥混凝土可压缩性能的优势，为整个建筑扩大利用空间，其为比较特殊的一种结构形式。使用此类转换层，会

6、增大水平荷载，因此为了克服这个缺点，以建筑物的平面布置为前提，在转换层施工中添加圈梁或拉梁，以最短的路径，达到相互平衡。施工时，应考虑斜柱转换层的荷载分担，只有将转换斜柱尽量连接在更多的楼层，而减少分布在上下楼层的荷载，才能保证此类转换层的安全及设计的方便。巨型框架转换 此类转换层具有比较好的前景，也是目前我国建筑业的发展方向。巨型框架转换具有较好的抗震性能，主要是由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成，从结构上看，也是由多个梁式转换层组成。在施工前，通过模拟施工过程的设计方法，掌握在施工中遇见的问题，有效解决临时支撑情况及维持足够的抗侧刚度。 三、高层建筑转换层结构设计 1、转换层结构布置

7、据相关研究已经显示，在底部的转换层中，如果其位置越高，它的上下高度的突变就会越大，转换层的上下内力的传递途径，其突变也会加剧，落地的剪力墙以及简体就容易出现裂缝现象，框架的支柱内力加大，使得转换层的上部其附近的一些墙体就会被破坏。所以说，转换层的位置如果是过于高，就会对抗震产生不利的影响。 底部带的转换层结构中，其上部的一些竖向构件不能够直接连续的贯通落地，所以说，要设置一种较为安全的转换构件。按照相关的研究结果显示，转换构件能够运用箱形结构、斜撑、厚板、转换大梁等形式，在地震区对于一些转换厚板的使用经验是比较少的，可以在一些非地震区采用，在一些大空间的地下室中，因为其周围有着约束的作用，而地

8、震的反应也低于上部的框支结构，所以，在 7 度到 8 度的地震设计的一些地下室就能够采用这种厚板转换层。 2、转换层竖向布置 转换结构可以根据结构的传力以及建筑的功能其需要，沿着高层的建筑方向灵活布置，也可以符合建筑功能要求的基础上，能够在楼层的局部来设置转换层，而且自身的空间可以作为一种技术设备层，也可以作为一种正常的使用层，但是前提是要保证转换层的刚度，这样来防止刚度的过分悬殊。此外，在一些商业建筑中，如果是一种大底盘的多塔楼，对于塔楼的转换层来说，就应该将其设置在裙房中的屋面层，而且要加大屋面梁的尺寸以及厚度等，以防止其中间会出现一种刚度太小的楼层，进一步将震害减小。对于一些框支剪力墙的

9、高层建筑中，在转换层位置的设置方面，7 度区应该要低于第五层，8 度区域要低于第三层，如果转换层的位置与上述的规定不相符合，那么就应该要采取相应的措施来予以应对。 3、转换层抗震设计 具有转换层的一些高层设计，因为其设置了转换层，沿着建筑物高度方向的刚度均匀性可能会受到一些影响甚至是破坏，转换层结构的竖向承载力因为其不连续墙柱的突变，这样就导致了传力路线的曲折、应力集中、以及变形集中，所以，在抗震方面，转换结构的性能比较差。 为了进一步的保证设计的准确性与安全性，就规定，在一些框支剪力墙其转换层的位置如果是设置在第三层以上，那么框支柱以及剪力墙其底部的抗震等级要提高一级，如果已经是特一级就不再

10、需要将其提高，而对于底部的框架来说，如果其外围为密柱框架，其抗震等级就不用再提高。转换层其构件在水平地震作用下的内力要将其调整，如果是八度的抗震设计，就要对竖向地震的影响需要考虑。 4、转换层楼板设计 转换层将框支剪力墙分成上下两部分，对于这两者来说，其受力情况是有一定差距的，在上部的楼层中，因为外荷载而产生的水平力，有自己的分配原则，它是根据剪力墙的刚度来进行的。在下部楼层中，框支柱的刚度与落地的剪力墙的刚度也是不同的，后者承担着水平剪力，也就是说，在转换层处荷载的分配不是很均匀。转换层其楼板具有比较重的任务，比如说上下部分的一些剪力重分配就是由它负责，转换楼板其自身的变形大、受力大，应该要保持足够的刚度来完成对于自己任务的支撑。 结束语 转换层在高层建筑的应用必不可少。每座建筑的结构都有其自身的特点，应根据需要，选择合适的转换层类型。在施工中，还用注意每一环节的施工，在了解各构件特性的基础上，合理的发挥其长处、解决其短处，保证转换层的质量。 参考文献： 【1】黄志勇.论某高层建筑梁式转换层结构设计J.广东科技.2009(06) 【2】李镇华.高层建筑转换层设计应用J.福建建筑.2006(02) 【3】唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工M.北京：中国建筑工业出版.2007