【摘要】本文就本高層建筑結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層的主要結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，論述了轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的一般分析方法和施工原則，結(jié)合實(shí)例就如何設(shè)計帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，希望能對業(yè)內(nèi)人士提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)換層，高層建筑，結(jié)構(gòu)，設(shè)計

一、前言

所有高層建筑中，都會有轉(zhuǎn)換層的出現(xiàn)，它有著不可替代的重要作用。隨著經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，對高層建筑功能及綜合性用途的要求也越來越高，要想改變高層建筑的基本功能，通常要改變豎向結(jié)構(gòu)型式，或者改變柱網(wǎng)、軸線，很多時候兩者都要改變。鑒于上述情況，如果高層建筑的豎向結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變化，就必須設(shè)置轉(zhuǎn)換層，有的文獻(xiàn)也稱之為過渡層。

二、轉(zhuǎn)換層型式的主要類型及其特點(diǎn)

轉(zhuǎn)換層有以下幾類：

1.梁式轉(zhuǎn)換層：常見于底部大空間的框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。梁式轉(zhuǎn)換層把剪力墻架設(shè)在框支梁上端， 框支梁由框支柱支撐。如果縱橫向都需要轉(zhuǎn)換， 就必須進(jìn)行雙向梁布置。設(shè)計和施工相對簡單， 應(yīng)用最為廣泛。它的局限性在于如果上下軸線布置錯位，需要增加轉(zhuǎn)換次梁， 形成較為復(fù)雜的空間受力。

2.箱式轉(zhuǎn)換層：如果轉(zhuǎn)換梁截面面積偏大，一層樓板不能滿足樓板剛度?？稍谵D(zhuǎn)換梁梁頂與梁底，此外另外一層樓板， 構(gòu)成箱形梁。一般宜遍布全層設(shè)置， 應(yīng)該沿著筑周邊環(huán)通構(gòu)成“箱子”。它的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換梁具有較強(qiáng)的約束、較大的，整體效果良好，傳力均勻，還可以用作“設(shè)備層”，它的不足之處是梁中開設(shè)備洞較多， 造價高。施工復(fù)雜。

3.厚板式轉(zhuǎn)換層：如果有較多的上下柱網(wǎng)錯位，梁難以直接承托， 就要用到板式轉(zhuǎn)換層。厚板厚度要與柱網(wǎng)尺寸、上部結(jié)構(gòu)荷載相匹配。其優(yōu)點(diǎn)是下部柱網(wǎng)受上部結(jié)構(gòu)影響小， 布置靈活。厚板剛度較為理想，整體性較好， 能夠構(gòu)成承臺，施工也簡單。缺點(diǎn)是厚板自重大， 容易產(chǎn)生震害，經(jīng)濟(jì)性也不太理想。

4.桁架式轉(zhuǎn)換層：如果高層建筑下部設(shè)置大空間商場， 高層是小空間客房， 還要設(shè)置管道設(shè)備層， 建議使用桁架式轉(zhuǎn)換層。上部柱墻穿過桁架傳送到下部柱墻，管道需使用桁架間空間穿行。采用桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)時， 通常要跨滿層布置，上弦節(jié)點(diǎn)要對中上部密柱或墻肢形心。這種轉(zhuǎn)換層的框支柱相對較小，施工較為復(fù)雜，軸線錯位布置的難度也大。

三、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的一般分析方法

轉(zhuǎn)換層的存在對于整個高層建筑結(jié)構(gòu)體系來說十分重要，在設(shè)計中，首先要采用三維空間分析分析整體結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)上部結(jié)構(gòu)傳遞到負(fù)載轉(zhuǎn)換層上的應(yīng)力分析層，采用應(yīng)力分析方法，加固設(shè)計及結(jié)果分析?？梢允褂脤?shí)體單元模擬轉(zhuǎn)換梁，對于板和重疊的塊，在板和局部進(jìn)行應(yīng)力分析。梁式轉(zhuǎn)換層的墻體形式也可以進(jìn)行局部應(yīng)力分析。

通常來說，建筑工程的抗震設(shè)防烈度要達(dá)到8級，接下來以梁式轉(zhuǎn)換層為例，對高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的防震功能設(shè)計進(jìn)行具體分析。第一，要想取得精確的計算結(jié)果，必須選用合理的模型，還要正確的計算參數(shù)：要充分認(rèn)識，轉(zhuǎn)換層的設(shè)置高度、它在結(jié)構(gòu)中相對位置的變化，以及整個轉(zhuǎn)換層抗震能力受轉(zhuǎn)換粱截面結(jié)構(gòu)的影響，鑒于上述情況，設(shè)置了4個模型對比分析。

一是原結(jié)構(gòu)模型，轉(zhuǎn)換層在6層樓面；二是轉(zhuǎn)換層在2層樓面，層數(shù)依舊結(jié)構(gòu)高度減??；三是轉(zhuǎn)換層還是2層樓面，層數(shù)變多，不變的是結(jié)構(gòu)高度；四是將互調(diào)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁截面高度與寬度。參考以上4個模型來確定恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)基本參數(shù)。分析4個模型振型的地震作用，得出結(jié)論，轉(zhuǎn)換層在6層時，地震作用發(fā)生明顯的突變現(xiàn)象；轉(zhuǎn)換層2層時，它附近的地震作用突變不明顯。

四、我國在高層建筑帶高位架空轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)層設(shè)計中需遵循的原則

根據(jù)我國高層建筑功能使用的需要，選用合理的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層不可以大量節(jié)省施工原材料，還可以縮減建造施工投資成本，此外，如果高層建筑物與結(jié)構(gòu)型式實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，也能夠表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)整體的建筑美。

1.減少轉(zhuǎn)換次數(shù)的數(shù)量。對于帶高位架空結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，如果豎向結(jié)構(gòu)為上下主體時，需注意最大程度的布置成豎向結(jié)構(gòu)為上、下主體， 豎向結(jié)構(gòu)還要連續(xù)貫通，尤其是遇到混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，盡量實(shí)現(xiàn)上下連貫的垂直豎線結(jié)構(gòu)；

2.直接傳送負(fù)荷。布置帶高位架空轉(zhuǎn)換層的上下主體豎向結(jié)構(gòu)時，還需確保水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的傳力直接，應(yīng)盡量避免多級的復(fù)雜轉(zhuǎn)換過程，同時避免傳力復(fù)雜、抗震不利、質(zhì)量較大、耗材用量多、不經(jīng)濟(jì)、不合理等情況；

3.加強(qiáng)低層弱化高層。在低層大空間的整體結(jié)構(gòu)，為了確保證高層建筑物具備恰當(dāng)?shù)膭偠?、?qiáng)度、延性和抗震等特征，需要最大程度強(qiáng)化帶高位架空的轉(zhuǎn)換層中低層主體結(jié)構(gòu)剛度性能得到滿足，還要不斷削弱帶高位架空轉(zhuǎn)換層高層主體結(jié)構(gòu)的剛度性能，從而保證帶高位架空轉(zhuǎn)換層上下不同建筑體系結(jié)構(gòu)的剛度與變形特征最大程度的相近。

五、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及案例解析

1.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計案例

案例工程是一個綜合型高層建筑物，占地總面積2.57萬平，26層高度。1層至3層商場，4層到10層是辦公樓，11 到25層是住宅區(qū)，26層是機(jī)房等。1層、2層層高4米2，3層層高5米6，4層層高3米， 5層、6層層高2米8 。按照建筑設(shè)計要求，3層以下要預(yù)留較大空間，上部小空間分隔較多，因此，建議上部設(shè)置剪力墻，下部設(shè)置框一剪結(jié)構(gòu)， 3層樓面設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，板厚250毫米。

2.構(gòu)件大小。這里需要考慮2個重要的問題：一是要實(shí)現(xiàn)大空間層有足夠的剛度，豎直方向剛度變化不能過度懸空，二是水平剪力，能夠靠地傳遞到上部結(jié)構(gòu)。

鑒于題目要求，通常設(shè)計中關(guān)鍵要滿足上下層剛度比，

也就是說：

Ri、Rw+7——折算抗剪截面面積，

Bs、Bs+2一一s層、s +2層，全部柱的截面面積；

F=FD+0.65D

KL一一在所計算的方向上剪力墻的全部有效截面面積；

MG——第w層，w+7層混凝土剪變模量；

hi、hi+1——第i層、i+1層的層高。

在非抗震設(shè)計時，rr應(yīng)盡量接近于1不應(yīng)大于3；在抗震設(shè)計時，rr應(yīng)盡量接近于1.不應(yīng)大于2。

根據(jù)以上要求及平面布置情況和構(gòu)件截面估算.3層以下中柱斷面為110厘米*110m，邊柱80厘米 * 80厘米 .剪力墻厚40厘米 ， 4層以上剪力墻厚20厘米。上部剪力墻較密，導(dǎo)致一般資料無法對轉(zhuǎn)換層的設(shè)計提出細(xì)致數(shù)量化的的尺寸要求。一般情況下，轉(zhuǎn)換梁斷面的較大話可以提高轉(zhuǎn)換層的剛度，如珠江、上海大廈為0.9m*1.75m，深圳國貿(mào)大廈梁高4. 5m，北京華聯(lián)大樓1.4m*2.8 m。由此可見跨度為6到7m的轉(zhuǎn)換梁、梁高度一般在2.5m以上。根據(jù)同類型結(jié)構(gòu)選用轉(zhuǎn)換梁截面為90厘米*250厘米至70厘米*150厘米實(shí)行電腦計算，還要進(jìn)行檢測和計量。

六、結(jié)束語

為了滿足人們對高層建筑的功能的需求，需要對高層建筑不斷進(jìn)行完善，必須選擇恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換層，從而節(jié)省材料、費(fèi)用和寶貴的土地。近年來，我國的轉(zhuǎn)換層建筑數(shù)量激增，施工技術(shù)也有了日新月異的發(fā)展和進(jìn)步，如今高層建筑的建設(shè)要求越來越高，功能也越來越復(fù)雜，對轉(zhuǎn)換層的要求也有了更多更豐富的內(nèi)涵。必須不斷提升技術(shù)水平和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到節(jié)省土地和資金、保障建筑質(zhì)量、工期和沒關(guān)系的目的。

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