【摘 要】在实际生活中，高层建筑在工程中的应用越来越广泛。工程中时常会遇到转换结构位置较高的情况，这种情况称为高位转换结构。本文主要分析了高位大跨度转换结构高层建筑，阐述了高位大跨度转换结构的转换层类型、受力特点以及结构设计。
【关键词】高层建筑；高位；大跨度转换
引言：在诸多高层建筑中，建筑师通常使用高位大跨度的方法使建筑有更好的效果，并且转换的跨度也愈来愈大，使得转换梁截面尺寸太大，影响建筑的使用以及导致层高降低。如何解决这一问题是结构工程师目前面临的一大难题。下面，将介绍几种常见的转换类型及注意事项。
1.转换层类型
高层建筑的转换结构通常分为四种基本结构形式：桁架式、梁式、厚板式、箱型。除此之外，还有过渡层、连续拱、合并转换等。
1.1桁架式转换
自重轻、刚度大、能跨越较大的跨度都是桁架的特点。在底层出口的地方，通过转换桁架替代实腹的转换梁，能取得不错的经济效果，管道穿行采光良好且方便。
1.2梁式转换
通过转换梁来承托上部密排柱传来的竖向荷载缩小底层柱距。荷载大小和上下柱距决定了转换梁的截面尺寸。应用在框支剪力墙结构的梁式转换层出现得最早，关于其的研究也较多，因此理论相对较为成熟。通过诸多工程研究发现转换层结构形式的受力较明确，施工和设计都比较简单，并且在转换梁受力较小的部位可以开设合适的洞口，易满足设备管道线和建筑功能布置的要求。所以，转换层结构设计是近年来应用最广泛的转换结构。
1.3厚板转换
在上下层既有轴线、柱网变化又有结构类型的改变的情况通常使用厚板结构的转换层。对于体型复杂的商住楼来说，上部住宅单元剪力墙布置不规则，且下部商场却要求大规格的大柱网，难以布置桁架和转换梁，厚板转换层则成了一种很好的选择。整个转换层是一块两三米厚的实心钢筋混凝土承重板。为了满足上部结构的变化要求，有的厚板转换层设有暗梁。这样可以使质量集中在建筑物的中部，振动性能相当复杂，刚度也相当大，而下层刚度极小，因此底部极易产生集中变形和震害。
1.4箱型转换
通过一整层来达到具有较大承载力和刚度的一种转换结构称为箱型转换，其是由梁式结构转换层演变而来。在此转换层中，楼层上下的同一轴线上都要设置一道大梁，梁与梁之间都是钢筋混凝土墙。纵横梁交叉成梁格，大部分交叉的地方都是由底层同上来的柱子，顶板和底板都是钢筋混凝土厚板，如此便构成了一个箱型刚性层。该层可以在腹板中选择合适的位置进行开设人和管道同行的孔洞。
由于箱型转换层的刚度较大且结构完整，上层的箱型转换和剪力墙相当于一个结构中的两个构建，彼此之间的受力清楚。上部剪力墙结构的受力情况和座落在箱型基础上的纯剪力墙结构相似。所以，过渡层上的剪力墙与框支剪力墙结构不同，应力较为复杂。这可以在一定程度上解决了框支剪力墙结构中剪力墙开动要求和洞口限制之间相互矛盾。在箱型转换层中要对大空间的底层和下部基层的结构合理的布置，使其保持一定的刚度，以免在抵抗水平力时，由于底层刚度的削弱导致相对位移的增大，造成破坏。
2.转换层力学特性和影响因素
目前，随着我国建筑功能要求越来越多样化，因此不仅要在少数层和底层进行大空间的布置，还要求设计多层大空间，也就是高位大跨度转换。在底部多层大空间结构中要求全部落地剪力墙在转换层以下均不屈服是不经济、不恰当的。所以，关于底部大空间结构的“高位”和“底位”转换，应当采取不同的设计措施。
带有转换层的高层建筑沿高度方向刚度和质量都不均匀，在地震结构下的均匀结构和反应都不同。但目前转换层的设置越来越高，可是对高位转换层的抗震特性的系统性研究却很少。
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2.1转换层以上和以下结构刚度的影响
当转换层被设置在较低的位置时，结构的刚度比也因此而减小，使得在地震作用下的侧移减小，使结构的抗震性能得到改善。而当转换层被设置在较高的位置时，结构刚度比的减小并不能使结构在地震作用下的侧移减小，不能达到结构抗震性能改善的目的。造成这一现象的原因是转换层以下结构加厚落地墙脂，不仅能使刚度增加，还能增加每层的质量，与此同时结构所承受的地震的作用也随之增加。当增加到一定值后，结构刚度的增加不再是主导作用，使得结构侧移增加。
通过增加转换层以上剪力墙的数量及连梁的钢度，可以减少结构转换层及其以上各层间侧移，并且增大转换层及其以下各层的层间侧移，但对下部结构的影响明显小于对上部结构的影响。结构的侧移受到连梁刚度变化的影响，不过产生的影响不是很大。连梁刚度的增加可以减小结构顶点的侧移。
通过增加转换层及其以下框支柱的截面尺寸，增加框支柱的刚度。当转换层的位置设置较低时，能够使得地震作用下的侧移减小；但当转换层的位置设置高达一定程度时，便有使结构在地震作用下的的侧移增大的可能。
2.2转化层减震措施
在实际的工程中，高位转化剪力墙结构抗震设计不仅要遵循一般原则，还要对构造措施和概念设计进行重视。在必要的时候还应考虑安装消能减震装置，若转换层的下一层架空时采用更有利。
转换层结构采用梁式转换为宜，最好能直接承托上部断肢剪力墙结构，慎用或者避免使用二级转换。尽可能将上部断肢剪力墙设置在转换梁支座的地方，不能使转换梁跨中承受的集中荷载过大。转换层的刚度、自重通常都很大，因此地震作用下的反应也大，除了强度设计外，应对其延性设计进行重视。通过试验发现，转换层及其以上一到两层由于受到转换层的影响，其震害较为严重，使抗震设计的重点部位。这些部位的主要抗侧力应适当提高配筋指标和增加截面尺寸。
3.结构设计
（1）大跨度钢桁架转换结构是高位大跨度转换结构中中的一种方法。其结构竖向地震反应的经历弹塑性分析方法还需进一步的完善和发展。在地震过程中，结构会产生不规则的变化，尤其是构件屈服后地震的作用更加复杂。所以，结合实际地震中地震荷载的分布方式选择加载模式。
（2）在设计时，应根据不同的荷载、跨度等情况合理的对转换梁截面尺寸、转换柱进行的合理布置。转换柱的布置应重视结构概念设计，利用多个软件进行计算比较，进一步采用结构动力时程分析及有限元分析，选择合适的转换梁结构。
（3）大跨度钢桁架钢桁结构中将滑动铰支转换成固支，其施工难度大，结构体系复杂。
（4）对于使用大跨度钢桁架转换层结构的建筑物，因其转换层的跨度较大，在竖向荷载的影响下，产生大量的荷载效应，对钢桁架端部的支撑结构有着较大的影响，但是钢桁架端部不同边界的约束条件影响着钢桁架及钢桁架端部混凝土结构的受力。
4.结语：在对高位转换的底部大空间剪力墙结构进行设计可以做这种复杂的结构，但设计时应十分谨慎。尽量选用重量和刚度较小的转换层结构形式，应多采用组合和参数的振型数进行计算；通过计算对可能存在的薄弱部位进行仔细分析，对其具体内力分配的特点进行研究，通过调整构建配筋和内力的设计对薄弱部位的性能进行改善；在高层建筑中，高位转换的底部大空间剪力墙结构应计算其弹塑性，从而检验大地震下的层间变形和塑性较分布规律，确保结构在大地震下的安全性。
参考文献：
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[4]燕宁娜，赵振伟.名人 国际高层建筑结构抗震性能研究[J].四川建筑科学研究，2011（01）.
论文作者:李世斌
论文发表刊物:《低碳地产》2016年13期
论文发表时间:2016/11/8
标签：结构论文; 刚度论文; 桁架论文; 高位论文; 厚板论文; 剪力墙论文; 荷载论文; 《低碳地产》2016年13期论文;