帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議

何中亞

（重慶何方城市規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，重慶 400012）

1 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

1.1 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)涵

眾所周知，高層建筑結(jié)構(gòu)特征特殊其上下兩部分分別存在著不用的受力情況。具體而言即為高層建筑的樓層上部受力相對(duì)較小，因此內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是最大程度地增加柱網(wǎng)的空間，即利用減少對(duì)于墻體與柱的使用實(shí)現(xiàn)對(duì)柱網(wǎng)空間的擴(kuò)大。而在下部樓層中則是為了達(dá)到增加下部樓層剛度的目的，盡可能多地增加下部柱網(wǎng)的密度以及墻體的數(shù)量。而這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式就與高層建筑上下不分工嗯呢該的使用情況存在著不可調(diào)和的矛盾。因?yàn)樵诋?dāng)今市場(chǎng)中，往往會(huì)在高層建筑的上部空間安排旅館與住宅等場(chǎng)所，這些場(chǎng)所彼此之間相對(duì)獨(dú)立，因此需要利用軸線原理進(jìn)行小開(kāi)間之間的分隔；而在上部空間中，往往會(huì)設(shè)計(jì)需要最大程度室內(nèi)空間的商店、餐館和其他文娛設(shè)施，這些公共設(shè)施需要在設(shè)計(jì)時(shí)減少墻體數(shù)量從而滿足其功能的有效施展。

在高層建筑面臨其傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式與現(xiàn)代功能需求之間的矛盾時(shí)，轉(zhuǎn)換層成為解決起矛盾的有效出路。因?yàn)閹мD(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也分為兩個(gè)部分，上半部分為了滿足小開(kāi)間的設(shè)計(jì)要求遵循小空間的設(shè)計(jì)原則，利用較多的墻體進(jìn)行空間中之間的合理劃分；而下半部分則最大程度上地減少對(duì)于墻體的需求，劃出較大空間滿足各種場(chǎng)地設(shè)施的需求。在上下兩部分之間進(jìn)行技術(shù)革新即利用水平轉(zhuǎn)換的形式替代傳統(tǒng)的方式：利用豎向桿件進(jìn)行直接連接。同時(shí)這樣的設(shè)計(jì)可以有效地控制好上下部分的剛度，合理調(diào)配兩者之間的比例增強(qiáng)建筑物的穩(wěn)定性，進(jìn)一步可以加強(qiáng)高層建筑面對(duì)地震等災(zāi)害的抗壓能力，對(duì)于成本問(wèn)題也能起到一定的節(jié)約作用。

1.2 轉(zhuǎn)換層的分類及其基本信息介紹

1） 梁氏轉(zhuǎn)換層。其設(shè)計(jì)形式是將充分利用框支架，一般情況下是通過(guò)框之間自身進(jìn)行相互支撐。如果遇到縱橫力需進(jìn)行同時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)則采用雙向梁的設(shè)計(jì)模式。作為在高層建筑轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)且最受歡迎的一種轉(zhuǎn)換層模式，它擁有著清晰方便的傳播受力情況、簡(jiǎn)單明了的設(shè)計(jì)模型、可靠有效的工作能力以及方便開(kāi)展的施工程序等等優(yōu)點(diǎn)。梁氏轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)主要是墻—梁—柱的模式，而其中承擔(dān)大梁轉(zhuǎn)換功能的結(jié)構(gòu)為上部剪力墻與轉(zhuǎn)換大梁，上部剪力墻與轉(zhuǎn)換大梁之間的相對(duì)剛度情況以及轉(zhuǎn)換大梁與下部支撐結(jié)構(gòu)之間相對(duì)剛度直接會(huì)影響到轉(zhuǎn)換大梁的受力情況。

2） 箱型轉(zhuǎn)換層。其設(shè)計(jì)形式是在轉(zhuǎn)換梁梁頂與梁底之間設(shè)計(jì)一層樓板從而形成一個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)即箱型梁。一般情況下，這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在高層建筑中遍布全層，并且環(huán)繞著高層建筑四周形成一種“箱子”的模型，箱型轉(zhuǎn)換層的名字即如此形象得來(lái)。該轉(zhuǎn)換層優(yōu)點(diǎn)在于能夠在上下豎向的構(gòu)件之間增加其有效散播壓力，進(jìn)而確保了高層建筑的整體性。但是其轉(zhuǎn)換層在現(xiàn)實(shí)情況下很少使用，因?yàn)槠鋬?nèi)部設(shè)計(jì)工作比較復(fù)雜且施工難度高。

3） 加厚板厚梁式轉(zhuǎn)換層。該轉(zhuǎn)換層的選用具有特定的環(huán)境要求，只有當(dāng)高層建筑上下柱不能夠通過(guò)傳統(tǒng)的梁進(jìn)行支撐的時(shí)候，也就是上下柱的軸線不能完美結(jié)合的時(shí)候，才會(huì)選用該模式。加厚板厚梁式轉(zhuǎn)換層也是優(yōu)劣并存，其模式與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式不同它不需要正對(duì)高層建筑的下層結(jié)構(gòu)且其布置方式相當(dāng)靈活。但不足的情況也相當(dāng)多比如其厚板因?yàn)檫^(guò)厚而導(dǎo)致重力過(guò)大。因此一旦選用這種模式結(jié)構(gòu)就需要仔細(xì)考慮高層建筑的受力情況和抗沖切和抗剪。

2 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循的原則

1） 上下部分的剛度基本統(tǒng)一且擁有一定的強(qiáng)度。建筑者在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要確保其關(guān)鍵的轉(zhuǎn)換層部分擁有穩(wěn)定且足夠的剛度，合理分配其中的內(nèi)力情況。尤其是要注重轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比，因?yàn)榻ㄖ咭形从昃I繆的意識(shí)一開(kāi)始就該進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，上下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度之間的比值盡可能地接近1，但其比值也不能夠超過(guò)1.3。為了提高高層建筑整體的受力平衡程度需要充分利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)，使得上柱優(yōu)化其抗側(cè)力性能。

2） 合理安排高層建筑轉(zhuǎn)換層的位置。在進(jìn)行高層建筑轉(zhuǎn)換層位置設(shè)計(jì)時(shí)首先就要注意其位置不能夠過(guò)高而應(yīng)該選擇低處，其目的是為了穩(wěn)定框支剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度、內(nèi)力和傳力途徑，防止因?yàn)檗D(zhuǎn)換層位置過(guò)低而造成轉(zhuǎn)換層薄弱，無(wú)法達(dá)到抗震效果。而框支剪力墻與落地剪力墻的比例也是相當(dāng)重要的，在抗震設(shè)計(jì)中對(duì)于剪力墻的要求很高具體表現(xiàn)為剪力墻的數(shù)目要占很大比列，在所有橫向墻中比值需要高于百分之五十，即使是在非震時(shí)也不應(yīng)該低于百分之三十。

3） 重視高層建筑中的下層結(jié)構(gòu)。雖然高層建筑是一項(xiàng)整體工程需要綜合考慮上下部分，但其中下部分相比較而言更為重要，因?yàn)橄虏糠值慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以對(duì)高層建筑這一整體的強(qiáng)度剛度起到關(guān)鍵性重要，通過(guò)加大下層結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的截面尺寸、增強(qiáng)材料（如混凝土） 的強(qiáng)度甚至是提高剪力墻的數(shù)量來(lái)多方面地加強(qiáng)這一部分的剛度。而這些舉措也有一些注意點(diǎn)，如在提高剪力墻數(shù)量時(shí)應(yīng)注重對(duì)于剛度的均勻分布，使得剛度與質(zhì)量的中心盡量統(tǒng)一重合，確保整體穩(wěn)定。

3 結(jié)語(yǔ)

帶轉(zhuǎn)換層高層建筑作為當(dāng)今建筑業(yè)密切關(guān)注的課題，需要確保每一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，注重整體中重要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。相信在共同的努力下，建筑業(yè)一定能夠探索出帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最佳模式。