高层建筑内部与外围结构转换设计

高层建筑内部与外围结构转换设计摘要：目前，根据建筑使用的多样性，同一栋建筑需满足建筑的多功能使用要求，以现有的高层建筑为例，底层为临街或主干道，作为住宅以达不到它的最大使用价值，需要建筑功能多样性的综合性方向发展，因而相应的结构形式也复杂多样。高层建筑为满足上部结构的使用空间，房间不露柱、露梁且满足底层设置商铺、餐饮、办公、购物、停车等为一体的多功能综合性高层建筑，尤其是在城市商业街，并已成为现代高层建筑的发展趋势。

关键词：外围结构内部结构高层建筑转换层梁式转换板式转换。

中图分类号： tu3 文献标识码： a 文章编号：

正文

高层建筑转换层结构使用的优点：①同一栋建筑可以满足不同的使用功能，在竖向构件不连续的情况下，满足抗震与受力要求；

②将各种使用功能的建筑单元集中布置并上下组合在一起，使用上更方便省时，为人们提供良好的生活环境和工作条件，适应现代社会高效率、快节奏生活的需要；③集中紧凑的建筑布置，达到建筑面积最高利用率，相应集中紧凑的管道线路，有利于节约建设投资及减少能源消耗，也有利于物业管理，节约管理经费；④可减少建筑占地面积，节约土地费用，增加城市的绿化面积。

高层建筑转换层结构使用的缺点：①转换层结构刚度突变较大，抗震设计时计算难度较大，不利于结构整体抗震；②转换梁对上下

结构起承上启下的作用，对转换梁与框支柱的刚度要求很高，从而提高了整个结构的工程造价。

1多功能综合性高层建筑结构体系的特点

从建筑使用功能而言，在设计中，通常将大柱网的购物商场、餐厅、娱乐设施设于多功能综合性高层建筑的下层部分，而将较小柱网、较小开间的住宅、公寓、旅馆、办公功能的建筑设于中、上层部分。这种建筑使用功能的特点相应决定了多功能综合性高层建筑结构体系的特点。由于不同建筑使用功能要求不同的空间划分布置，相应地，要求不同的结构形式，如何将他们之间通过合理地转换过渡，沿竖向组合在一起，就成为多功能综合性高层建筑结构体系的关键技术。这对高层建筑结构设计提出了新的问题，需要设置一种称为“转换层”的结构形式，来完成上下不同柱网、不同开间、不同结构形式的转换，简单地说，就是上下两层的结构不一样，必需设置一个转换层来“承上启下”。结构上的转换层概念，主要是指在整个建筑结构体系中，合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化的结构单元体系。它在主要满足结构安全功能要求的同时，多数情况下解决一些特殊技术性建筑功能要求。比如在结构转换层空间内布置管道、设备等等。这种转换层广泛应用于剪力墙结构及框架—剪力墙等结构体系中。

2转换层的主要定义与功能

2.1将上部剪力墙转换为下部框架，这种转换多用与剪力墙与框架剪力墙中，以获得较大的内部空间。

2.2上下结构的柱网与轴网改变。通过转换使建筑的下部结构柱网扩大，这种形式常用于外框筒的下层以形成较大的出入口。

2.3上部剪力墙结构通过转换层改变为框支剪力墙结构的同时，下部柱网与上部剪力墙的轴网错开，形成上下轴网不对其的布置。

3内部结构采用的转换层结构形式

为实现高层建筑内部上、下层结构形式与柱网的变化，可以用以下的结构转换形式：

3.1梁式转换

该结构是目前高层建筑中实现垂直转换最常见的结构形式，由于它受力明确，设计与施工简单，一般用于上层为剪力墙结构，下层为框架结构的转换。当纵、横向同时需要转换时，可采用双向梁布置的转换方式。从转换梁功能上可分为托墙与托柱梁，从转换梁形式上可分为加腋与不加腋，从转换梁结构从用上可分为钢筋混凝土、预应力混凝土、钢骨混凝土与钢结构，钢筋混凝土转换梁应满足上、下部纵向钢筋的最小配筋率在抗震设计时一级、二级分别不应小于0.5%、0.4%，针对偏心手拉的转换梁的支座上部纵向钢筋至少有50%沿梁全长贯通，下部纵向钢筋应全部直通到柱内，沿梁腹板高度应配置间距不大于200mm、直径不小于16mm的腰筋。

3.2板式转换层

当上、下柱网、轴线有较大错位，不便用梁式转换层时，可以采用板式转换方式。板的厚度一般很大，以形成厚板式承台转换层。厚板式转换结构的刚度很大，可视为刚性转换，它的下层柱网可以

灵活布置，不必严格与上层结构对齐。厚板转换一方面给上部结构带来方便，另一方面也使板的传力途径变得不清楚，因而也非常模糊，结构计算也相当困难，但板很厚，自重很大，材料用量很多，板式转换对建筑高度控制严格，实际工程采用较少。

3.3箱式转换层

当需要从上层向更大跨度的下层进行转换时，若采用梁式或板式转换层已不能解决问题，这种情况下，可以采用箱式转换层。它很像箱形基础，也可看成是由上、下层较厚的楼板与单向托梁、双向托梁共同组成，具有很大的整体空间刚度，能够胜任较大跨度、较大空间、较大荷载的转换。

3.4桁架式转换层

这种形式的转换层受力合理明确，构造简单，自重较轻，材料节省，能适应较大跨度的转换，虽比箱式转换层的整体空间刚度相对较小，但比箱式转换层少占空间。

3.5空腹桁架式转换层

这种形式的转换层与桁架式转换层的优点相似，但空腹桁架式转换层的杆系都是水平、垂直的，而桁架式转换层则具有斜撑竿。空腹桁架式转换层在室内空间上比桁架式转换层好，比箱式转换层更好。

4外围结构采用的转换层结构形式

前述转换层结构形式主要用于内部结构的上、下层转换。对于外围结构，往往由于建筑功能的需要在底部扩大柱距，一般采用梁

式转换、绗架式转换、墙式转换、间接式转换、合柱式转换、拱式转换。

以下介绍斜柱式结构转换：

西部大厦，28层，总高度96m，框架－核心筒结构体系。6层以上用作住宅，环绕圆形核筒设有15根走廊柱，目的是为了减小呈辐射状平面布置的主梁的跨度，并相应减小层高，然而，在6层以下，这15根环状布置的柱对商场的布置是不需要的，应予去除，这就构成了上、下层结构转换的问题。

在设计中，采用了斜柱双环转换结构。将转换层以上15根环状平面布置的竖直柱，在两层楼高范围内，一律向核心筒方向转折，最终予核心筒相交。鱼油核心筒内设有电梯、楼梯、管道井、楼板，楼板开洞较多，这15根斜柱内力的水平分量主要由核心筒外的圆环形楼板来承受。在斜柱顶部的楼层梁板出现环向拉力，在斜柱底靠近核心筒的楼层梁板则出现环向压力。于是，相应分别在斜柱顶与斜柱底设置了抗拉环梁与抗压环梁，在设计中将环梁、楼板、斜柱顶主环梁的中心置于同一水平面上。

由于斜柱在其与竖柱相交处产生水平分力作用于楼层，对该水平力最好的处理办法是设法在最短的传力途径上予以平衡消失。就这点来说，斜柱宜成对称设置。但它对核心筒呈对称环状分布，在斜柱顶部的环向拉力及斜柱底部的环向压力分别由抗拉环梁与抗

压环梁来承担。斜柱穿越的层数最少是一层，也可根据需要穿越2～3层，增多穿越的层数可使斜柱对楼层的水平分力大为降低。