带转换层高层建筑结构设计

带转换层的高层建筑结构设计
摘要：本文简单介绍了转换层的定义和功能，分析了转换层类型选择方法，提出了不同类型的转换层的结构设计方法。

扼要的介绍了高层建筑转换层结构的设计要点，和构造情况及转换层的设计方法，详细的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，并对细节设计进行了优化，对计算结构的具体数据进行了分析与评价。

关键词高层建筑转换层结构设计剪压比
abstract: this paper introduces the definition and function of the conversion layer, analyzes the conversion layer type selection method, puts forward structure design methods of different types of conversion layer. introduce the design of high-rise building conversion layer structure, and the structure and conversion layer design method, described in detail several forms of high-rise building conversion layer, structure design and calculation method of load transfer mechanism, their structure, and the details of the design is optimized, this paper makes analysis and evaluation on the specific data structure.
key words: tall buildingtransfer floorstructural designshear compression ratio
中图分类号： tu318 文献标识码： a 文章编号：
一.前言：
现代城市高层建筑正逐渐向造型新颖、构造复杂、功能多样的方向发展，在同一座建筑中，建筑功能沿着房屋高度方向发生变化，楼层上部布置为旅馆、住宅，楼层中间做为办公用房，楼层下部布置成商店、餐馆或文化娱乐设施，这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，为了满足功能需求，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。

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，这样建筑功能空间要求跟结构布置就正好相反。

为了适应建筑功能的变化，通常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，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：
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.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，这种设计可以获得较大的内部自由空间。

2.同时转换建筑中的上下层结构类型与柱网的上部剪力墙，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。

三.结构转换层常见类型：
转换层根据建筑功能的需要，一般可以作为正常使用的楼层，但需要较大的层高，在设计中当设备专业需要或层高受限制时，也可作为设备层使用，转换层在设计时分为以下几种结构形式：
1.箱式转换层，当转换梁截面过大时，一般设置一层楼板并不能够满足构造中平面内楼板刚度要求无限大的假定条件。

为了使理论假定和实际相符，设计中可以在转换梁梁顶跟梁底同时设置一层楼板，形成一个箱形梁，即箱式转换层。

其优点是转换梁的约束性比较强，刚度较大，整体构造的受力效果较好，受外力时上下传力比较均匀，还可作为设备层使用，缺点是施工过程复杂、造价较高。

2.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，常采用双向梁布置。

优点是传力直接、明确，结构中传力途径清楚，受力性能好，且整体构造简单，施工方便，设计计算比较容易，是目前施工中应用实施最广泛的转换层结构形式。

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，但大部分因构造方式受力复杂而且施工难度较大、且经济效益不高所以实际应用相对少。

四.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置不合理就容易造成建筑物竖向刚度突变，在地震作用时会在结构转换层上下形成薄弱环节，对整体结构抗震不利，因此转换层结构在设计时要遵循以下原则：
1.为了防止设计时结构沿竖向刚度变化过于悬殊形成受力薄弱层，设计中必须考虑使上下刚度比≤2，尽量接近1，这样才能保证建筑物结构竖向刚度不至于太大，有利结构整体受力。

2.尽可能减少建筑物需要转换的竖向构件，因为直接落地的建筑物的竖向构件越多，转换结构越少，对抗震越有利。

3.设计中要保证转换层的刚度，结构内梁高度一般应不小于梁跨度的1/6,保证内力在结构内转换层及其下部构件中相对分配合理，转换梁和剪力墙柱在受外力时受力性能满足要求，结构转换就能较好地起到作用。

4.转换层结构竖向位置宜低不宜高，如建筑物转换层位置较高，容易使建筑物的框支剪力墙结构在转换层附近的刚度、内力与传力途径等发生突变，容易形成受力薄弱层，对抗震非常不利。

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.带转换层结构的设计计算要求全面、准确，在设计时要将转换结构作为整体建筑物设计结构的一个重要组成部分，根据符合建筑物实际受力变形状态模型来进行受力分析三维空间的整体结构计算，可以采用有限元方法对结构构造进行局部补充计算。

7.为保证建筑物下部空间整体结构能够有足够的刚度、延性、强度与抗震能力，要尽量强化建筑物下部转换层结构刚度，弱化构造转换层主体上部结构刚度，注意建筑物整体刚度均匀分布，使构造的刚度中心和质量中心尽量重合，避免由于设计不合理两者偏心导致建筑物整体扭转。

五.新型转换层结构：
1.搭接柱式转换结构:
（1）设计原则：
转换柱作为建筑物转换构件，混凝土用料相对较少造价较低，在转换层的建筑空间可以充分利用，建筑物上下层沿竖向刚度的突变比较小。

（2）搭接柱式转换结构工作原理：
这种转换结构在重力载荷作用下建筑物的安全度与可靠度，主要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。

如楼盖梁板的承载能力与轴向刚度能得到控制和满足，在重
力荷载作用下，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正常工作。

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，进一步强化了建筑物核心筒体的抗侧作用。

所以核心筒体结构是整体结构最主要抗侧力构件，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，有利于降低建筑物转换层高度并方便建筑设备的使用，与转换梁结构相比有非常好的优势，它有利于减缓施工中高位转换的刚度突变带来的转换层框支剪力、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，重力荷载下的传力路径明确，以构件受压受拉代替受剪承受重力荷载，使受力方式非常合理，转换层与上下层的刚度比的变化幅度也相对很小。

故在水平地震力作用下，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。

六.结论：
在现代化高层建筑的转换结构中，高层建筑应用功能的多样化使
建筑物结构的传力体系日益复杂化，设计时要按规范要求，根据现场条件做好实际的分析计算与优化设计，尽最大可能考虑影响建筑物需要的实用功能中诸多因素，达到科学高效的设计目的。

转换层结构的高层建筑受力比较复杂，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，在地震多发区采用转换层结构是有效解决复杂平面及建筑物体型转换的一种方法。

参考文献：
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