劉彬 吳振興

摘要：隨著社會以及科技的進(jìn)步，超高層建筑也已經(jīng)在不斷的發(fā)展起來，而且在不斷地向著多樣性以及空間的多變形等綜合性方向發(fā)展，而在超高層建筑中一個(gè)主要的趨向就是轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)工程，本文就對超高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；轉(zhuǎn)換層；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

超高層建筑功能多樣，體型復(fù)雜。部分超高層建筑上部需要滿足住宅或賓館等功能需求；中部需要滿足辦公用房等需求；下部需要滿足商店、酒店等功能需求。不同的功能需求，決定了超高層建筑的不同部位需要采用不同的結(jié)構(gòu)形式。因此，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐漸成為了超高層建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

1轉(zhuǎn)換層的功能與結(jié)構(gòu)形式

1.1轉(zhuǎn)換層的功能

超高層建筑設(shè)計(jì)中采用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能。首先，建筑功能。提供較大的室內(nèi)空間和出入口。其次，結(jié)構(gòu)功能。轉(zhuǎn)換層能夠?qū)崿F(xiàn)上下結(jié)構(gòu)類型的轉(zhuǎn)換，使得上部剪力墻結(jié)構(gòu)和下部框架結(jié)構(gòu)能夠有機(jī)融合，使建筑擁有更大的內(nèi)部空間，例如廣州金鷹大廈等超高層建筑就是采用此類轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層能夠改變軸線、上下層柱網(wǎng)，卻不改變上下層結(jié)構(gòu)形式，從而擴(kuò)大下部柱距，形成大柱網(wǎng)。例如南京新世紀(jì)廣場A樓就是采用此類轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層能夠是上部剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)，錯(cuò)開上部樓層軸線和柱網(wǎng)軸線，錯(cuò)位布置上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)。例如深圳華僑酒店就是采用此類轉(zhuǎn)換層。

1.2轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式

因?yàn)檗D(zhuǎn)換層其在上下的結(jié)構(gòu)中有很多的類型，因此說，轉(zhuǎn)換層其本身的結(jié)構(gòu)也是不相同的，一般會有以下幾種：

1.2.1桁架式的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)一般是由梁式結(jié)構(gòu)的一種轉(zhuǎn)換層轉(zhuǎn)化而來，對于整個(gè)的轉(zhuǎn)換層來說，它是由多組的鋼筋混凝土其桁架來組成一種承重結(jié)構(gòu)，桁架的上弦桿以及下弦桿將其設(shè)在轉(zhuǎn)換層樓面其結(jié)構(gòu)層中，層與層之間設(shè)置有腹桿，因?yàn)殍旒艿母叨缺容^大，因此對于上下弦其截面的尺寸是很小的。

1.2.2板式的結(jié)構(gòu)。往往是適用于一種對于上下層之間既有柱網(wǎng)與軸線的變化，又有一種結(jié)構(gòu)類型的一種改變，對于整個(gè)的轉(zhuǎn)換層來說，其一般是一塊具有厚度達(dá)2米到3米的一種實(shí)心的承重板，一些板式的轉(zhuǎn)換層為了對上部的結(jié)構(gòu)變化予以滿足，其在一定的部位之間就設(shè)置了一種暗梁。

1.2.3箱式的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)也是由一種梁式的結(jié)構(gòu)予以轉(zhuǎn)化而來。有一種縱橫交錯(cuò)主次梁將上下層樓面的一種樓板結(jié)構(gòu)進(jìn)行連同，對于整個(gè)的轉(zhuǎn)換層來說，其就如同是一只較大的箱子，在其四周也可以開洞。

1.2.4梁式轉(zhuǎn)換。目前來說，高層建筑中在實(shí)現(xiàn)一種垂直轉(zhuǎn)換往往用的形式就是梁式轉(zhuǎn)換，梁式轉(zhuǎn)換的傳力途徑很明確、直接，它的本質(zhì)就是由上部的墻經(jīng)過轉(zhuǎn)換梁直接傳力給下部的柱，這樣來完成整個(gè)的建筑物其使用的功能。對于這種轉(zhuǎn)換方式來說，其有很多的優(yōu)勢，不僅僅有利于工程的計(jì)算以及分析，還有利于其設(shè)計(jì)，此外，在造價(jià)方面也比較低，所以說，這種方式已經(jīng)被人們廣泛的應(yīng)用。根據(jù)相關(guān)的資料顯示，這種方式占轉(zhuǎn)換層總數(shù)的百分之七十以上。轉(zhuǎn)換梁的截面高度一般是在0.8米到6米之間，總之，在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的建筑中，梁式的轉(zhuǎn)換層占據(jù)主要地位。

2超高層轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1選擇恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

首先，受力方式分析。梁式轉(zhuǎn)換層具有清楚的傳力途徑，傳力明確、直接。轉(zhuǎn)換梁構(gòu)造簡單、受力性能好、施工方便、工作可靠，并且結(jié)構(gòu)計(jì)算也比較容易。轉(zhuǎn)換桁架和轉(zhuǎn)換梁一樣傳力途徑清楚，傳力明確。轉(zhuǎn)換桁架的大小與位置都具有一定的靈活性，有利于轉(zhuǎn)換層空間的充分利用，但是轉(zhuǎn)換桁架的構(gòu)造相對復(fù)雜，施工難度也較大。板式轉(zhuǎn)換層受力復(fù)雜、傳力不清楚，上部結(jié)構(gòu)不容易布置，結(jié)構(gòu)計(jì)算相對復(fù)雜。

其次，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析。從抗沖切與抗剪角度來看，轉(zhuǎn)換板具有很大的厚度，混凝土用量較大，使得自身重量較大，導(dǎo)致建筑項(xiàng)目對下部垂直構(gòu)件承載力的要求增大。轉(zhuǎn)換梁的截面高度通常為1.6-4.0m。如果承托層數(shù)少或跨度較小，截面高度就可以適當(dāng)降低為0.9-1.4m；如果承托數(shù)較多或跨度較大，截面高度就應(yīng)當(dāng)較大。梁式轉(zhuǎn)換層所需的混凝土量一般只是板式轉(zhuǎn)換層所需的混凝土量的二分之一。綜合分析工程實(shí)踐，轉(zhuǎn)換桁架所需的混凝土和鋼材用量比轉(zhuǎn)換梁所需用量要小，所以相對經(jīng)濟(jì)。

第三，抗震性能分析。具有轉(zhuǎn)換層的一些高層設(shè)計(jì)，因?yàn)槠湓O(shè)置了轉(zhuǎn)換層，沿著建筑物高度方向的剛度均勻性可能會受到一些影響甚至是破壞，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的豎向承載力因?yàn)槠洳贿B續(xù)墻柱的突變，這樣就導(dǎo)致了傳力路線的曲折、應(yīng)力集中、以及變形集中，所以，在抗震方面，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的性能比較差。

為了進(jìn)一步的保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性與安全性，就規(guī)定，在一些框支剪力墻其轉(zhuǎn)換層的位置如果是設(shè)置在第三層以上，那么框支柱以及剪力墻其底部的抗震等級要提高一級，如果已經(jīng)是特一級就不再需要將其提高，而對于底部的框架來說，如果其外圍為密柱框架，其抗震等級就不用再提高。轉(zhuǎn)換層其構(gòu)件在水平地震作用下的內(nèi)力要將其調(diào)整，如果是八度的抗震設(shè)計(jì)，就要對豎向地震的影響需要考慮。

2.2結(jié)構(gòu)布置

據(jù)相關(guān)研究已經(jīng)顯示，在底部的轉(zhuǎn)換層中，如果其位置越高，它的上下高度的突變就會越大，轉(zhuǎn)換層的上下內(nèi)力的傳遞途徑，其突變也會加劇，落地的剪力墻以及簡體就容易出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，框架的支柱內(nèi)力加大，使得轉(zhuǎn)換層的上部其附近的一些墻體就會被破壞。所以說，轉(zhuǎn)換層的位置如果是過于高，就會對抗震產(chǎn)生不利的影響。

底部帶的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，其上部的一些豎向構(gòu)件不能夠直接連續(xù)的貫通落地，所以說，要設(shè)置一種較為安全的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。按照相關(guān)的研究結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)換構(gòu)件能夠運(yùn)用箱形結(jié)構(gòu)、斜撐、厚板、轉(zhuǎn)換大梁等形式，在地震區(qū)對于一些轉(zhuǎn)換厚板的使用經(jīng)驗(yàn)是比較少的，可以在一些非地震區(qū)采用，在一些大空間的地下室中，因?yàn)槠渲車兄s束的作用，而地震的反應(yīng)也低于上部的框支結(jié)構(gòu)，所以，在7度到8度的地震設(shè)計(jì)的一些地下室就能夠采用這種厚板轉(zhuǎn)換層。

2.3確定合理的剛度比

為了確保轉(zhuǎn)換層的下部空間結(jié)構(gòu)具有良好的延性、強(qiáng)度、剛度與抗震能力，就應(yīng)當(dāng)減弱上部主體結(jié)構(gòu)的剛度，加強(qiáng)下部主體結(jié)構(gòu)的剛度，確定合理的上下主體結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比，盡量使上部主體結(jié)構(gòu)剛度和下部主體結(jié)構(gòu)的剛度相接近。加強(qiáng)剪切剛度比的控制，是為了防止出現(xiàn)過大的豎向剛度差距。具體可以采用以下措施：擴(kuò)大內(nèi)部抽柱的框架結(jié)構(gòu)和外圍柱距的框筒結(jié)構(gòu)。剪切剛度比為1，上下層剪切剛度保持不變；采用大空間的底部剪力墻結(jié)構(gòu)；采用上部魚骨式剪力墻結(jié)構(gòu)；采用大空間大底盤剪力墻結(jié)構(gòu)。因?yàn)檗D(zhuǎn)換層附近結(jié)構(gòu)具有十分復(fù)雜的內(nèi)力，所以在實(shí)際工程中應(yīng)當(dāng)首先確定剪力墻的布置，根據(jù)建筑工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，計(jì)算、調(diào)整轉(zhuǎn)換層所用構(gòu)件的尺寸。計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)取構(gòu)件的最大剪力，算出縱向配筋面積、配筋率和剪跨比，并加以對比。

總之，帶有轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的高層建筑已經(jīng)成為一個(gè)主要的發(fā)展趨勢，鑒于每一座建筑中其結(jié)構(gòu)都有自己的特點(diǎn)，就應(yīng)該要選取合適的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，要做好轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在施工中要注意每一個(gè)環(huán)節(jié)，工作人員要做好自己的本職工作，要充分的了解轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)，做好設(shè)計(jì)，發(fā)揮其優(yōu)勢，確保其質(zhì)量，促進(jìn)建筑業(yè)更好的發(fā)展。

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