現(xiàn)代高層建筑轉(zhuǎn)換層功能分析與應(yīng)用

【摘要】現(xiàn)代不少高層建筑在某層的上部與下部由于其使用功能不同，致使該樓層上下部平面布局結(jié)構(gòu)不同、受力情況不同。為使高層建筑在合理布局，滿足使用功能的同時(shí)，保證其整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固、可靠，則需要通過(guò)在該樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文主要對(duì)高層建筑轉(zhuǎn)換層的功能進(jìn)行了分析，對(duì)其在現(xiàn)代高層建筑中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；轉(zhuǎn)換層；分析應(yīng)用

隨著我國(guó)城市化發(fā)展進(jìn)程的加快，城市建筑結(jié)構(gòu)、形式及功能也在不斷發(fā)生改變，逐漸向建筑高層化、設(shè)計(jì)時(shí)尚化、功能綜合化的方向發(fā)展。現(xiàn)代高層建筑不僅注重對(duì)城市空間的利用，向“上”發(fā)展，以及講求時(shí)尚、美觀設(shè)計(jì)的外，同時(shí)滿足商業(yè)、居住、辦公等多項(xiàng)使用功能也成為現(xiàn)代高層建筑的一大特點(diǎn)。尤其是在一些臨街、臨商業(yè)區(qū)的高層建筑，往往底層用來(lái)開(kāi)設(shè)商場(chǎng)，中層為辦公、會(huì)議用房，上部樓層布置住宅、旅館，這種多功能的、不同用途的樓層則需要不同形式的空間布局，然而其空間布局需求正好與建筑結(jié)構(gòu)布置要求是相反的。通過(guò)在高層建筑中設(shè)置轉(zhuǎn)換層有效地解決了這方面的問(wèn)題，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的一大趨勢(shì)。

1、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的功能分析

從建筑的使用功能方面來(lái)看，多功能的高層建筑一般要求下部墻體盡量要少、柱網(wǎng)大，盡可能地?cái)U(kuò)大室內(nèi)空間，使其自由靈活使用，以滿足飯店、商場(chǎng)等公共設(shè)施大空間、大出口的功能需求；中部開(kāi)間較小，以滿足辦公需求為主；上部則多為小開(kāi)間公寓，滿足居住需要。從建筑結(jié)構(gòu)受力情況分析，由于高層建筑結(jié)構(gòu)下部樓層要承受很大的豎向荷載，而上部樓層受力相對(duì)較小，從這方面來(lái)講，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該是下部墻體多、柱網(wǎng)密，由下而上，墻體數(shù)量逐漸減少，柱網(wǎng)擴(kuò)大。這樣就導(dǎo)致了建筑空間需求與結(jié)構(gòu)布置正好相反的情況，為滿足建筑功能需求，上部小開(kāi)間，布置剛度大的剪力墻，下部大空間，布置剛度小的框架柱，使得建筑物“頭重腳輕”，因此，必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層。設(shè)置轉(zhuǎn)換層可以將上部開(kāi)間結(jié)構(gòu)的豎向荷載傳遞至下部大開(kāi)間的結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)上下部結(jié)構(gòu)豎向荷載的轉(zhuǎn)換與過(guò)度，從而保證建筑物整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。

2、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的主要類型

2.1上層剪力墻、下層柱的轉(zhuǎn)化

在一些下部做為商場(chǎng)，上部為公寓的多功能建筑中，為增加底部空間的使用靈活性，常采用上部剪力墻，下部柱支撐的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)要求荷載從上部剪力墻向下部柱進(jìn)行轉(zhuǎn)換，一般在剪力墻結(jié)構(gòu)和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中較為常用。剪力墻支撐在柱上形成框支剪力墻，這種結(jié)構(gòu)上部抗側(cè)剛度很大，下部柱子抗側(cè)剛度則很小，上下部剛度相差過(guò)大，致使該結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下容易造成底部框架的變形和破壞，因此，底部大空間要求底部結(jié)構(gòu)必須與落地剪力墻相結(jié)合。

2.2上層柱到下層柱的轉(zhuǎn)換

該種類型轉(zhuǎn)換有兩種情況，一種是上下柱在同一軸線上，另一種是不在同一軸線上。在束筒、框筒、筒中筒結(jié)構(gòu)中，為了方便布置出入口或連通下部多層大空間，外框筒底必須減少柱子或加大柱距，將上部小柱距到下層大柱距的過(guò)渡就需要通過(guò)轉(zhuǎn)換構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)了。有的柱子位置豎直一致、軸線相同、受力明確，轉(zhuǎn)換構(gòu)件也較為簡(jiǎn)單，注意需采用剛度較大的轉(zhuǎn)換構(gòu)件來(lái)承載下層大跨度較大的豎向荷載，避免剛度突變。如果上下柱不在同一軸線上，則需要根據(jù)具體情況來(lái)確定轉(zhuǎn)換方式，高位轉(zhuǎn)換應(yīng)盡量選用較輕的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。

2.3結(jié)構(gòu)軸線和結(jié)構(gòu)形式同時(shí)轉(zhuǎn)換

有些建筑不僅上下部布置不同，并且軸線也對(duì)不上，無(wú)法直接傳力。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)類型，其結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換構(gòu)件的設(shè)計(jì)都比較困難，可以采用后板轉(zhuǎn)換構(gòu)件或箱型轉(zhuǎn)換構(gòu)件進(jìn)行力的間接傳遞。該種轉(zhuǎn)換層本身與上下樓層會(huì)不可避免地存在剛度差，因此，必須要加強(qiáng)上下部結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪能力，特別是對(duì)下部支撐構(gòu)件的承載力和剛度要求很高，在建筑抗震結(jié)構(gòu)中，應(yīng)盡量此種類型的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。

3、轉(zhuǎn)換層構(gòu)件的主要形式

3.1梁式轉(zhuǎn)換層

梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)單，受力明確，主要有兩種布置形式，即沿橫向或縱向的平行布置和滿足縱、橫向同時(shí)轉(zhuǎn)換的雙向梁布置。梁式轉(zhuǎn)換層廣泛應(yīng)用于底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)中，即使是在部分剪力墻落地的結(jié)構(gòu)中，在底部幾層剪力墻與框架的交界處也常采用大截面托梁來(lái)進(jìn)行過(guò)渡。梁式轉(zhuǎn)換層的不確定之處是當(dāng)轉(zhuǎn)換次梁較多，上下軸線不對(duì)齊時(shí)，空間受力情況較為復(fù)雜，在較大的水平荷載下，轉(zhuǎn)換主梁易產(chǎn)生較大扭距，梁端易裂縫。

3.2桁架式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層

桁架式轉(zhuǎn)換層由多榀桁架組成承重結(jié)構(gòu)，其上下弦桿分別設(shè)在轉(zhuǎn)換層的上下樓面結(jié)構(gòu)中，具有對(duì)建筑使用功能影響，自重輕，抗抗剪力能力強(qiáng)的特點(diǎn)。對(duì)于多功能的高層建筑，一般要設(shè)置設(shè)備管道空間層，將桁架轉(zhuǎn)換層根據(jù)上下柱網(wǎng)軸線位置進(jìn)行設(shè)置，較好地解決了此類問(wèn)題，使管道設(shè)置更為方便、靈活，充分滿足建筑空間布局和功能要求；桁架轉(zhuǎn)換層的間隙可選用一些較輕質(zhì)的教材進(jìn)行填充，有利于較輕結(jié)構(gòu)自重；桁架式轉(zhuǎn)換層對(duì)于需要高層轉(zhuǎn)換的情況更為有利，當(dāng)空腹桁架的豎向腹桿承受較大剪力時(shí)，將腹桿與型鋼相配置，可以抵御較大的剪力。

3.3箱型轉(zhuǎn)換層

單向托梁、雙向托梁與上下層厚樓板可以形成剛度較大的箱型轉(zhuǎn)換層，箱型轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)完整，箱型轉(zhuǎn)換層與上層剪力墻同處于一個(gè)整體結(jié)構(gòu)中，相互間受力關(guān)系明確，具有較大的承載力和剛度。但由于箱型結(jié)構(gòu)自身剛度較大，其底層或下部幾層結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行合理的布置，保持其一定的剛度，才能在抵抗水平力時(shí)避免產(chǎn)生較大的相對(duì)位移。該轉(zhuǎn)換層常用于鐵路工程中，在房屋結(jié)構(gòu)中則使用很少。

3.4板式轉(zhuǎn)換層

對(duì)于一些商住一體的、體型復(fù)雜的建筑，由于其上部剪力墻布置較不規(guī)則，下部又要求規(guī)則大柱距，上下層既有柱網(wǎng)、軸線變化，又有結(jié)構(gòu)類型改變的情況，難以布置桁架與轉(zhuǎn)換梁，采用板式轉(zhuǎn)換層成為一種較為理想的選擇。其轉(zhuǎn)換層為2m—3m厚的實(shí)心鋼筋混凝土承重板，并且可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)變化在一些部位設(shè)置暗梁，保持結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定，特別適用于功能要求多、體型復(fù)雜的高層建筑。

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