對高層建筑轉換層結構設計的有關探討

趙恒

摘 要：隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，科學技術水平不斷提高，使得我國建筑行業(yè)得到全面的進步與發(fā)展。建筑結構設計日益復雜化、多樣化，其中高層建筑轉換層結構設計是建筑行業(yè)一直關注和研究的問題。了解和分析高層建筑轉換層結構設計，對建筑行業(yè)的發(fā)展有著積極的作用。本文將對高層建筑轉換層結構設計進行相關探討，分析研究高層轉換層結構設計存在的問題，并尋求有效的措施。

關鍵詞：高層建筑；轉換層；結構設計

中圖分類號：F284 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）07-0093-01

建筑行業(yè)的發(fā)展速度不斷加快，人們對生活水平的要求越來越高，居住環(huán)境的好壞成為人們關注的問題，在現(xiàn)代建筑結構體系中，高層建筑結構設計引起了人們的關注。為了滿足人們對住宅的需求，復雜化、多樣化的建筑結構不斷涌現(xiàn)。高層建筑轉換層結構設計在高層建筑過程中起到非常重要的作用，它能夠充分發(fā)揮建筑結構各個部分使用功能，使高層建筑結構更加完善。因此，不斷提高和完善高層建筑轉換層結構設計是促進建筑行業(yè)更好發(fā)展的前提條件。

1 轉換層的概念和功能

1.1 轉換層概念

高層建筑結構中，為了滿足人們對房屋住所的要求，為建筑物預留更大的空間，擴大建筑物網(wǎng)柱，減少墻體；而在高層建筑結構上層，要開設小的空間，就需要多層墻體來實現(xiàn)。然而，在結構設計過程中會因豎向桿件無法貫通接地，使得無法滿足高層建筑結構額整體效果和功能，所以采取水平轉換結構來與下部豎向桿件進行連接，能夠有效的滿足高層建筑結構設計在不同功能上的需求。這種形式的建筑結構稱為高層建筑轉換層結構。

1.2 轉換層功能

轉換層結構功能可以分為3類：上層結構和下層結構轉換，這種形式的轉換大多應用于剪力墻結構和框架-剪力墻結構，以此來創(chuàng)造一個較大的內部自由空間；上層與下層之間的柱網(wǎng)、軸線變化，轉換層結構沒有發(fā)生改變，但是通過轉換層使下層形成大柱網(wǎng)，多用于外框筒的下層較大的入口；對結構形式和結構軸線布置進行轉換，使其形成上下結構不對其的結構布置。

2 轉換層結構形式與設計方法

2.1 梁式轉換層結構

梁式轉換層結構是高層建筑中經(jīng)常采用的一種形式。其主要是將墻轉換成梁柱的形式，在具體的施工過程中，能夠明確和了解傳力途徑。因此，采用這種轉換層結構簡單、清楚且施工成本低。正因為其有這種優(yōu)點，在高層建筑轉換層結構中應用廣泛。由于建筑結構多樣化，在實際工程建設中，轉換梁的結構形式也趨于多樣化。轉換梁所承受的荷載力來源于豎向桿件荷載作用下的受力情況。通過對不同結構性形式轉換梁的受力規(guī)律進行分析和研究，可以了解轉換梁設計方法受荷載作用和轉換層的形式影響較大。

2.2 桁架式轉換層結構

桁架式轉換結構的受力規(guī)律較為清晰，使用起來比較靈活，還能起到良好的抗震效果。這種轉換層結構是梁式轉換層結構演變而來的，其整個轉換層是由鋼筋混凝土結構組成，桁架結構的上下桿件布置在轉換層的上下樓面結構層內。桁架結構高度很高，其下部桿件的界面尺寸較小。雖然桁架式轉換層結構的整體性能好，但是在施工處理方面卻比較復雜，施工難度較大。桁架式轉換層結構設計的重點是節(jié)點設計，當節(jié)點受力較大時，易剪切破壞，增加配筋量；桁架式轉換層結構設計對高度要求較為嚴格，因此，在施工過程中，要嚴格控制高度，避免地震作用下造成破壞。

2.3 箱式轉換層結構

箱式轉換層結構形式是單向、雙向托梁與上下層樓板之間共同工作情況下形成的。其整體性能較好，在上下層結構布置過程中，具備有效的傳力。從高層建筑結構來看，其占用太大的空間，不適用于住宅轉換層的設計，由于轉換層結構設計經(jīng)常會與設備布置和管道布置發(fā)生沖突。這種轉換層結構形式缺點是自重大，施工成本高。 從結構形式的選擇和建筑造價等方面來考慮，這種轉換層結構形式在實際高層建筑轉換層結構上的應用較少。

2.4 厚板厚梁式轉換層結構

高層建筑結構中，當上下柱網(wǎng)軸線錯開較大，需要用厚板進行直接承重，形成厚板式轉換層結構，這種轉換層結構形式可以靈活布置下層柱網(wǎng)，不需要與下層結構對齊。但是，采用這種結構形式的自重大，施工材料消耗較大，使得成本增加。厚板式轉換層結構的強度大，使上層結構的布置更加方便；由于傳力模糊不清，導致結構計算受到限制，影響整體結構設計。厚板式轉換層結構在地震作用下反應強烈，使厚板本身受力大，也會因豎向剛度的變化，上下層結構受到很大的荷載作用力，造成嚴重的危害。

3 高層建筑轉換層結構設計原則及問題要點

3.1 高層建筑轉換層結構設計原則

針對轉換層的布置使得建筑物豎向剛度的發(fā)生改變，在地震作用下，容易形成許多薄弱環(huán)節(jié)，降低了高層建筑整體結構的抗震效果，因此，在設計過程中因遵循相應的設計原則。設計過程中要減少結構轉換的豎向構件，豎向構件減少，轉換結構就越少，對建筑物豎向剛度突變的影響作用小，對抗震結構有利；高層建筑結構轉換層的豎向設計盡量選擇較低的位置；在轉換層結構形式的選擇上，要選擇具有明確傳力路徑的結構形式，這樣便于結構設計和施工。

3.2 高層建筑轉換層結構設計中問題要點

轉換層的剛度突變是高層建筑轉換層結構最為復雜，也是設計人員最為頭痛的問題。為了滿足高層建筑抗震設計的要求，需要對轉換層結構上下層結構的總體剛度進行有效的處理，避免剛度突變地震作用下帶來的危害。因此，在設計過程中，通常采用加大截面尺寸、加強混凝土強度、增加剪力墻等方法來強化剛度，設計人員進行轉換層結構設計時，需重點考慮這方面的影響因素。

高層建筑轉換層結構的剛度要控制在地震作用影響的范圍之內，不宜過大，也不宜過小，剛度太大，地震作用下容易增加建筑物地震發(fā)應，剛度太小又會影響建筑物上下層結構的受力作用。因此，在結構設計時，剛度的控制是非常重要，同時在材料的消耗方面也要進行有效的控制，避免因各種原因導致高層建筑轉換層結構出現(xiàn)問題。

4 結語

隨著我國高層建筑項目不斷增加，建筑結構設計越來越復雜化、多樣化，轉換層結構在高層建筑結構中應用普遍。強化高層建筑轉換層結構設計水平，提高轉換層在高層建筑中的應用能力，是建筑行業(yè)迫切需要解決的問題。因此，在未來高層建筑不斷增加的條件下，深入對轉換層結構的分析和研究，是提高高層建筑技術含量和建設水平的有效依據(jù)。

參考文獻

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