高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

張依澤

（天津市建筑設(shè)計(jì)院，天津 300074）

轉(zhuǎn)換層是高層建筑中應(yīng)用較為廣泛的一種結(jié)構(gòu)，其可以有效提升建筑的質(zhì)量及使用性能。高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)要想做到結(jié)構(gòu)布局合理，就需要相關(guān)人員做好設(shè)計(jì)工作，以保障其受力均勻，并使結(jié)構(gòu)具有足夠的穩(wěn)定性。

1 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求

高層建筑為適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展的需要，趨向于多功能和多種用途的發(fā)展。為了使高層建筑功能的要求得到滿足，在高層建筑結(jié)構(gòu)的底部，如果上層豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地的話，就需要考慮轉(zhuǎn)換層的設(shè)置。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)工作人員應(yīng)該從建筑的整體出發(fā)進(jìn)行考慮，對(duì)建筑轉(zhuǎn)換層進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇合適的受力傳輸路徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)其中可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，盡可能的降低其對(duì)建筑質(zhì)量的影響。在高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要注意盡可能的減少轉(zhuǎn)換，在布置轉(zhuǎn)換層上下豎向抗側(cè)構(gòu)件時(shí)要充分保障水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的可靠性，減少?gòu)?fù)雜轉(zhuǎn)換，避免多次轉(zhuǎn)換。

2 高層建筑常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式

2.1 梁式轉(zhuǎn)換層

現(xiàn)階段高層建筑中應(yīng)用最為廣泛的一種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)就是梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，即也就是上部剪力墻在框支梁上，框支梁由框支柱來(lái)支撐的結(jié)構(gòu)受力的結(jié)構(gòu)體系。該方式主要是將墻或柱支承于框支梁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工成本低。在梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，中底部是大空間的框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系，上部剪力墻被固定在框支梁上面，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系憑借框支柱的支撐作用而穩(wěn)固。

2.2 桁架式轉(zhuǎn)換層

桁架式轉(zhuǎn)換層受力路徑清晰，應(yīng)用靈活且抗震能力較好。這種結(jié)構(gòu)形式主要是從梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)發(fā)展演變而來(lái)的，桁架式轉(zhuǎn)換層一般由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其上下弦桿及腹桿截面尺寸較小，在轉(zhuǎn)換層的上下樓面結(jié)構(gòu)層內(nèi)，整體性能較好。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，應(yīng)加強(qiáng)上、下弦桿與框架柱及豎向腹桿的連接構(gòu)造。設(shè)計(jì)工作人員應(yīng)該保證上弦節(jié)點(diǎn)和上部集中荷載中心對(duì)齊，實(shí)現(xiàn)了受力均勻，使得其作用最大化，在上下弦及斜拉腹桿中施加預(yù)應(yīng)力，一定程度上減少了相應(yīng)構(gòu)件的截面，也優(yōu)化了受力狀態(tài)。

2.3 箱式轉(zhuǎn)換層

當(dāng)轉(zhuǎn)化梁截面積較大且一層樓板無(wú)法達(dá)到平面內(nèi)樓板剛度的假定值的時(shí)候，應(yīng)該設(shè)置箱式轉(zhuǎn)換層。該結(jié)構(gòu)形式是單向、雙向托梁和上下層樓板共同作用形成，整體性能較好。在轉(zhuǎn)換梁底和梁頂之間增加一層樓板，構(gòu)成箱形梁，以使得假定值與實(shí)際值更接近。通常箱式轉(zhuǎn)換層能夠在整個(gè)平面分布，和周?chē)ㄖハ喹h(huán)通，最終形成箱式轉(zhuǎn)換層。其優(yōu)點(diǎn)是頂部和底部約束強(qiáng)、剛度大、上部和下部傳力均勻等等,但其建設(shè)施工復(fù)雜和成本較高。

3 高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的布置

結(jié)合高層建筑整體的結(jié)構(gòu)狀況，充分考慮不同層的受力特性。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)受力的傳遞性，需要選取可靠的受力結(jié)構(gòu)作為整個(gè)轉(zhuǎn)換層的核心結(jié)構(gòu)。根據(jù)大量的實(shí)踐結(jié)果可知，轉(zhuǎn)換層底部的設(shè)置高度越高，所導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層所在層的上下兩層剛度變化也就越大，荷載作用下的轉(zhuǎn)換層上下層內(nèi)部傳播途徑的突變就更加明顯。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)需要讓內(nèi)筒貫通落地，并在底部增加墻的厚度，確保筒體結(jié)構(gòu)的整體性。建筑應(yīng)避免出現(xiàn)樓板錯(cuò)層現(xiàn)象，保障結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，以防止轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)受到破壞而影響整個(gè)建筑的安全。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上部的墻、柱應(yīng)直接落在主要轉(zhuǎn)換構(gòu)件上。在具體的建筑設(shè)計(jì)中一定要使轉(zhuǎn)換層的剛度得到保證。

3.2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

在一般的建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，轉(zhuǎn)換層以上通常是純剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層以下通常是框架——剪力墻結(jié)構(gòu)，所以建筑的抗震等級(jí)要嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)計(jì)是轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在水平地震作用時(shí)，一般傾覆力矩的分布曲線在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)處出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，因此轉(zhuǎn)換層的內(nèi)力較大，需要全面考慮地震作用的影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要能夠保證底部大空間各樓層的抗震可靠性。通常情況下在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，底層水平地震力都應(yīng)該由落地剪力墻來(lái)承擔(dān)，各剪力墻承擔(dān)的水平地震力則是按照它們等效剛度比例來(lái)進(jìn)行分配的。因此，設(shè)計(jì)人員在布設(shè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的過(guò)程中，需要適當(dāng)減少高層建筑垂直方向的構(gòu)件，將轉(zhuǎn)換層設(shè)置在樓層較低的位置，保證高層建筑實(shí)際的抗震效果。

3.3 剪力墻的科學(xué)設(shè)置

剪力墻會(huì)跟隨建筑高度的增加而發(fā)生變化，并且伴隨高度的增加剪力墻也會(huì)發(fā)生變化。對(duì)剪力墻的分布狀況進(jìn)行調(diào)整，依據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)剪力墻的厚度，選擇一些強(qiáng)度較大的混凝土進(jìn)行施工提高建筑的抗震性能，盡可能不采用板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量避免轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)剛度產(chǎn)生突變。為了能夠有效解決這個(gè)問(wèn)題，一方面是要減小上部剛度，對(duì)于那些能不設(shè)剪力墻的部位就不設(shè)剪力墻；另一方面是要加大下部剛度，在設(shè)計(jì)中主要是要在底部大空間層適當(dāng)部位設(shè)置若干落地剪力墻，這些剪力墻在布置的過(guò)程中必須要保證均勻?qū)ΨQ(chēng)。同時(shí)應(yīng)優(yōu)化并加強(qiáng)剪力墻框支柱的設(shè)計(jì)，要求剪力墻的框架支柱必須均勻疏密，并將它與支柱之間的距離控制在合理的范圍內(nèi)，使得高層建筑結(jié)構(gòu)整體的性能得到相應(yīng)的保障。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著高層建筑的不斷發(fā)展，帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)越來(lái)越多，設(shè)計(jì)人員在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要對(duì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的具體形式和內(nèi)容有深入了解，在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，需要選用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換形式，合理的布置轉(zhuǎn)換構(gòu)件，使受力簡(jiǎn)單直接，并通過(guò)整體計(jì)算和局部分析來(lái)保證整體結(jié)構(gòu)的安全和轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的可靠，保障建筑的整體質(zhì)量。