1、高层建筑的转换层结构设计探讨【摘要】高层建筑物的转换层使高层建筑物的结构形式多样性实现成为了可能，本文在分析转换层的定义和功能，以及转换层类型的选择方法，阐述了高层建筑结构转换层的几种形式，它们的结构传力机理、结构设计特点与计算方法，提出了不同类型的转换层的结构设计方法。 【关键词】：高层建筑转换层结构设计剪压比 中图分类号：TU3 文献标识码： A 一 前言 现代城市城市建设中，高层建筑已经逐步向造型新颖、构造复杂、功能多样的方向发展，建筑功能也沿着房屋的高度方向发生了变化，很多商住两用建筑，在布局上设置为旅馆、住宅两用功能，楼层中间还可以做为办公用房，下部布置成商店、餐馆或文化娱乐设施，这
2、样不同用途的楼层就需要采取不同形式的结构，从建筑功能上来看，上部结构就需要小开间的轴线布置，用较多的墙体来满足旅馆与住宅的功能要求，中部室内空间却需要中等大小，这样为了满足功能需求，在柱网中布置一定数量的墙体，下部的室内空间大而灵活，柱网要求大，墙体少，满足公用设施类的特殊功能要求，这些要求跟结构的合理布置正好相反。这种竖向构件的不连续性与转换层结构体系的转变，容易使转换层附近的刚度与内力发生突变，本文对此种复杂高层的抗震设计的相关问题进行简单阐述： 二 转换层的定义和功能 由于在高层建筑结构中，楼层受力下大上小，应该采取与此相适应的刚度要求，而逐渐减少上部墙体等的布置，辅以扩大柱网，这样一来
3、，建筑功能空间要求跟结构布置就正好相反，因此，为了适应建筑功能的变化，我们通常在设计中，在结构转换的楼层设置一种水平转换构件，即转换层结构。高层商住楼中常用的一种结构体系是带转换层结构的多塔楼高层建筑，通过水平转换结构跟下部竖向杆件相连接，这样的高层建筑结构构成就称为带转换层的高层建筑结构，它主要实现以下功能： 1 这种设计可以获得较大的内部自由空间，上下层结构类型转换层将上部的剪力墙转换为下部的框架，一般用于剪力墙和框架-剪力墙结构中。2 通过将建筑物的转换层改变成为框支剪力墙结构的同时，在下部的柱网与上部的剪力墙轴线错开，形成了一种在建筑物结构中上下柱网不对齐的布置。 3）通过建筑物的上下
4、层结构柱网和轴线改变类达到转换层上下的结构形式，这样的转换层可以使下部的结构柱距扩大，进而形成大的柱网。这种形式常用于一般外框筒的下层形成较大的出入口。 三. 结构转换层类型分类 在高层建筑中的转换层设计分为以下几种类型： （1）梁式转换层，即建筑物的上部剪力墙设计在框支梁上，再由结构的框支柱支撑框支梁的受力体系，在需要纵横向同时转换的设计施工时，常常采用双向梁布置，它的优点是传力直接、明确，结构中传力的途径清楚，受力性能好，而且整体的构造简单，施工方便，在设计时计算比较容易，是目前施工中应用实施最广泛的转换层结构形式。 （2）箱式转换层，当建筑物的转换梁截面过大时，一般情况设置一层楼板并不能
5、够满足构造中平面内楼板的刚度要求无限大的假定条件。因此为了使理论假定和实际相符，设计中可以在建筑物中转换梁梁顶跟梁底同时设置一层楼板，以此形成一个箱形梁，即称为箱式转换层。其优点在于，转换梁的约束性比较强，刚度较大，整体构造的受力效果比较好，受外力时上下部传力比较均匀，还可以将其利用作为设备层实用，其缺点是施工过程复杂、造价比较高。 此外，建筑物转换层的形式还有厚板式转换层构造和桁架式转换层构造等，但大部分因为此构造方式受力复杂而且施工难度较大、并且经济效益不高所以实际应用相对少。 四新型转换层结构特点 1 搭接柱式转换结构 搭接柱式转换结构是最近出现的一种新型的转换结构体系。这种转换结构在重
6、力载荷作用下建筑物的安全度与可靠度，主要是取决于跟搭接块相连的楼盖梁板承载外力能力与轴向刚度的有效控制，如果楼盖梁板的承载能力与轴向刚度能得到控制和满足，重力载荷作用下的次内力与搭接柱变形就能够受到控制，建筑物整个搭接柱式转换结构就能够正常工作，与之相连楼盖梁板承载外力能力和轴向刚度的控制，通常是在结构重力载荷作用下能够正常工作的一项关键技术。 2 贯通落地筒体-框架结构工作特性 搭接柱转换构造基本能够保证对框架柱直接落地的整体结构的振动特性和在地震作用下的工作状态与贯通落地筒体-框架结构无异。建筑物的框架搭接柱转换本质上是弱化了结构框架的抗侧作用，进一步的强化了建筑物核心筒体的抗侧作用，所以
7、核心筒体结构是整体结构最主要的抗侧力构件，能够很好地保证整体机构抗震承载能力不致突变。 3. 其他新型转换结构 （1）宽扁梁转换结构的优越性 宽扁梁转换层结构有利于降低建筑物转换层高度并方便建筑设备的使用，跟建筑功能的结合比较普通；转换梁结构相比有着非常好的优势，它还有利于减缓建筑施工中高位转换的刚度突变带来的建筑物转换层框支剪力、框支柱顶弯矩的突变增大及结构轴力突变而增大引起的应力集中，改善建筑物结构的抗震性能。 （2）斜撑转换结构的优越性 这种结构重力载荷下的传力路径明确，它以构件受压受拉的方式代替构件受剪承受重力载荷，使建筑物受力方式非常合理，斜撑转换结构的建筑物转换层与上下层的刚度比的
8、变化幅度也相对很小，因此在水平地震力作用下，它能够很好的避免结构层间剪力与构造构件内力发生突变，有利于整体结构抗震。 五带转换层的高层建筑结构设计原则 高层建筑中转换层的设计必须注意建筑物竖向刚度的突变，避免在地震作用时在结构转换层上下形成薄弱环节，降低建筑物结构抗震性能，因此在转换层结构设计中要遵循以下原则： 1 刚度比的设计，为了保证建筑物结构的竖向刚度不至于太大，有利结构的整体受力，防止设计时的结构沿竖向刚度的变化过于悬殊而形成受力薄弱层，结构的上下刚度比要2，尽量的接近 1。 2. 减少需要转换的竖向构件，提高抗震性能。 3. 转换层结构竖向位置宜低不宜高，避免在转换层附近的刚度、内力
9、与传力途径等发生突变时形成受力薄弱层，对抗震非常不利。 4. 设计中要合理分配转换层及其下部的构件中的内力，结构内梁高度一般情况应不小于梁的跨度的 1/6,以保证转换层的刚度，满足转换梁和剪力墙柱在受外力时的受力性能要求。 5. 控制建筑物框支剪力墙和落地剪力墙两者的比例，在设计剪力墙需考虑抗震时，结构内横向的落地剪力墙的数目与横向墙的总数之比不能少于 50%，在非抗震设计时不能少于 30%。 6. 强化建筑物下部转换层的结构刚度，并弱化构造转换层主体上部的结构刚度，保证建筑物下部空间的整体结构能够有足够的刚度、延性、强度与足够的抗震能力，使刚度的均匀分布，保证构造的刚度中心和质量中心尽可能的
10、重合，避免由于设计不合理两者偏心导致建筑物整体扭转。 7. 带转换层结构的设计计算要求全面、准确，采用有限元方法对结构构造进行局部的补充计算。 结论 带转换层结构的高层建筑受力非常复杂，随着结构的复杂化，在设计中应充分考虑传力体系的变化，按照规范要求，结合现场实际条件进行全面分析和优化设计，把建筑物的诸多因素考虑进去，在严格控制建筑物楼层等效刚度比以及楼层侧向刚度比的前提下，设计合理有效的结构构造措施，是有效解决复杂平面及建筑物体型转换的一种行之有效的方法。 参考文献： 1JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程S 2唐兴荣，高层建筑转换层结构设计与施工M北京，中国建筑工业出版社，2002 3包世华，新编高层建筑结构M第 2 版，北京，中国水利水电出版社，2005
