博罗县建筑设计院 516127
摘要：高层建筑的转换层结构设计随着城市化进程的加快已经成为一个重要的课题，在设计过程中，为了更好地满足高层建筑各部分结构功能的正常发挥，这就要求建筑设计师充分掌握高层建筑转换层结构的主要类型及设计方法，采用科学合理的方法进行转换层结构设计。为此，本文首先对高层建筑中转换层结构的定义及作用进行简要概述，探讨了几种主要的转换层结构类型及设计方法，并通过实例分析了高层建筑转换层结构的设计方法。
关键词：高层建筑；转换层结构；设计要点
1.高层建筑转换层结构的定义及作用
1.1高层建筑结构转换层的定义
结构转换层，顾名思义就是对结构可以起到转换作用的楼层。因建筑物功能的需要，上部分民用住房需要小开间的轴线布置，需要较多的墙体，而下部分的商业用房则需要较大的空间，柱网要尽可能大，墙体也要尽可能少。因而，上部部分的竖向杆不可以直接连续贯通落地。而通过水平转换结构与下部部分的竖向杆连接，这样构成的高层建筑称为带转换层的高层建筑结构。
1.2高层建筑转换层结构的作用
转换层首先起到的作用就是对上下的楼层结构进行转换处理。作用主要有：提供大的室内空间；为建筑物提供大的入口；在高层建筑中部提供大空间。
2.高层建筑结构转换层的类型及设计要点
2.1 梁式转换层
2.1.1托柱形式转换梁截面设计。普通式截面配筋计算具有广泛的适用性，尤其是当普通框架作为转化梁的施重者时，这种计算方式能够精准的将转换梁的承载力计算出来。而且，上述的情况中转换梁承载普通框架所受的力等同于普通梁此时的受力状况，但是，当转换梁承受的是上部斜杆框架时，就应该按偏心受拉构件进行截面尺寸设计，因为，此时的转换面承受的是轴向拉力。
2.1.2托墙形式转换梁截面设计。由于本身是技术施工要求较高的工作，所以必须重视力学上的问题。当上层的墙体作为转换梁的施重者且满跨不开洞时，转换梁应采取的截面设计方法是深梁截面设计方法，它的受力特点和破坏形态表现为深梁，不过此时的转换梁跨中较大范围的内力较大，所以其纵向的钢筋就不应该弯曲或者截断了。
2.2箱式转换层
当转换梁截面过大时，设一层楼板已不能满足平面内楼板刚度无限大的假定。为了使理论假定与实际相符，可在转换梁梁顶与梁底同时设一层楼板，形成一个箱形梁。
箱式转换层结构一般应用的实际情况是当转换梁的截面积过大时，设一层的楼板显然已经无法满足平面内楼板的刚度无限大假定。但为了使这个刚度无限大假定成立，方法是在转换梁的梁顶与梁底同时设一层楼板，形成一个箱型梁。箱型梁有显而易见的优点，转换梁的刚度大，约束性强，整体工作效果好，上下部分的传力也比较均匀，安全性好，而且还可以将转换梁作为‘设备层’。但是也有缺点之处，设一层楼板造价就高，经济性不高，而且施工复杂，不易检修。
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2.3厚板式转换层
这种厚板厚梁式转换结构主要优点是布置灵活，整体性比较好，当上、下柱网线错开比较多很难用梁来承托时就需要采取这种形式，做成厚板，厚板的厚度也可以根据上下的结构以及柱网尺寸而定，但是这种厚板式转换层的自重很大，地震作用大，耗费材料多，不仅耗费资金而且还容易发生震害，所以这种方法采用的也不是很多。厚板式转换层可以采用TBSA等的三维空间分析程序对整体进行内力分析，主要是转换板的不规则边界，这样的一般会采用有效单元法进行内力分析，还可以采用复杂楼板有限元分析软件进行进一步计算，还可以对板在收到竖向压力荷载的受弯和局部压力等的进行计算。
2.4桁架式转换层
桁架可以分为两种，一种是空腹桁架，另一种是实腹桁架，这种桁架式转换层主要是由梁式转换层结构转换而来的。
与梁式转换层相比它的受力更加明确、整体性好、抗震能力强、框架支柱柱顶弯矩和剪力更加小一点，这是它主要的优点，但是缺点也比较明显，施工难度大，更加复杂、节点设计难度大。可以对其进行整体结构的内力分析，当高层建筑的下部为大商场时，需要的空间必须要大，上部则是居住办公等的小空间，在这时就可以采用桁架式转换层，特别是在需要设置管道时，更要采取这种方式，一般采用桁架式转换层时应该跨满层进行布置，而且上弦节点要与上部密柱中心对齐。桁架式转换层的重量比较小，所以也减小了下部框架的承重负荷。
3.实例分析某高层建筑转换层结构设计
3.1工程概况
某大厦为高层商住综合楼，地下1层，地上30层。采用框支剪力墙结构。大厦1～2层为商业楼，3～30层为住宅；转换层设在2层顶；该工程为丙类建筑，抗震设防烈度为 6 度，基本地震加速度为 0.05g，建筑场地类别为II类，设计地震分组为第一组，基本风压为0.35kN/m2。
3.2结构布置设计
住宅建筑平面形状复杂，高宽比的计算方法没有明确的标准。如果按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比：东座达90.2∶9.3=9.7，西座达87.3∶9.3=9.4，远远超过了规范限值6。该工程平面中，局部突出部分占有相当大的面积，并且其外伸长宽比4.55∶7.2=0.63比较小，如果按包括突出部分的最大投影宽度计算高宽比，东座为90.2∶17.2=5.2，西座为87.3∶17.2=5.1。
为了得到理想的户型布置，尽量不加大平面南北向最小宽度，而是通过剪力墙的平面布置来控制结构的侧向刚度和承载能力，保证稳定，防止倾覆，并实现良好的技术经济指标。结构布置中增加Y 轴方向剪力墙的数量和长度，南北立面上局部突出的部分加强了剪力墙布置，尤其注意保证了足够的y轴方向落地剪力墙，满足规范‘底层框架部分承担的地震倾覆力矩，不应大于结构总地震倾覆力矩的50%的要求。
该建筑结构设计中，东座由于平面狭长，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比偏大。延长周边剪力墙，同时缩短内部剪力墙，使抗侧力构件的平面布置更加合理有效。调整剪力墙布置时，同时关注刚心的移动，避免无意间增大了偏心率而收到降低耦联周期比的效果。
西座由于严重不对称，楼层扭转位移比很大。通过调整剪力墙布置，尽可能减小楼层刚度中心与质量中心之间的偏心。关于多高层结构刚心的定义存在争议，现代空间结构计算方法并不需要确定刚心的位置，但刚心仍是概念设计的有用工具。SATWE 软件把每一楼层当作单层结构计算出楼层刚心，PMSAP 软件按照某种方式考虑所计算楼层与整体结构的关系而得出楼层刚心。参考软件计算的刚心和质心位置，调整平面布置。
东座平面规则，框支柱距比较大，而且由于商场建筑布局的需要以及保证结构Y向刚度和控制落地墙间距的考虑，Y向落地剪力墙较多，X向落地墙较少，使得X向转换层附近竖向刚度突变比较明显。框支框架截面和落地墙厚已无法加大，主要通过适当缩短上部住宅剪力墙，加宽洞口，并利用裙房的侧向刚度，使转换层上、下结构等效侧向刚度比满足规范要求。
结束语：综上所述，对结构转换进行设计工作，是整个高层建筑工作中最为重要的部分。因此，作为新时期背景下的高层建筑转换层结构设计人员，必须充分意识到加强转换层结构设计的重要性，并切实做好各种结构形式的转换层的设计，进而保障高层建筑工程的整体质量。
参考文献
[1]白东明.浅析高层建筑转换层结构设计[J].城市建设理论研究.2012.
[2]关度豪.试述如何做好高层建筑转换层的结构设计[J].价值工程.2010.
[3]杨涣玲.高层建筑中转换层结构的设计措施[J].中华民居.2013.
论文作者:姚海德
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/16
标签：结构论文; 高层建筑论文; 刚度论文; 厚板论文; 桁架论文; 截面论文; 楼板论文; 《建筑学研究前沿》2017年第23期论文;