论文部分内容阅读
【摘要】本文分析了转换层的高层结构设计的定义和设计的原则，分析了转换层的作用，然后，进行了实际工程案例分析，最后，对带转换层的高层结构设计进行了展望。
【关键词】转换层；高层结构；设计
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
随着社会的发展，城市人口剧增，高层建筑已经成为社会必不可少的建筑类型，带转换层的高层建筑越来越多，这就需要设计人员对其展开进一步的研究和分析，尽可能的提高带转换层高层建筑的设计水平，这样才能够提高高层建筑的质量。
二、定义及设计原则
因建筑功能需要下部大空间，上部部分竖向构件不能直接连续贯通落地，而通过水平转换结构与下部部分竖向构件连接构成的高层建筑结构为带转换层高层建筑结构。典型带转换层高层建筑结构的剖面如图1、2所示。
转换结构一般可归纳为五种基本型式:梁、桁架、空腹桁架、箱形梁、厚板，如图3一图7所示。带转换层高层建筑结构是受力复杂不利抗震的高层建筑结构，在9度抗震设防地区不宜采用，结构设计需遵循的原则是：
1、减少转换布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能多的布置成上下主体竖向结构连续贯通，尤其是在核心筒框架结构中，核心筒宜尽量予以上下贯通。
2、传力直接布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能使水平转换结构传力直接，尽量避免多级复杂转换，更应尽量避免传力复杂、抗震不利、质量大、耗材多、不经济不合理的厚板转换。
3、强化下部、弱化上部为保证下部大空间整体结构有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，应尽量强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构刚度，使转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近。
4、优化转换结构抗震设计时，当建筑功能需要不得已高位转换时，转换结构还宜优先选择不致引起框支柱(边柱)柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆桁架(包括支撑)、空腹桁架和宽扁梁等，同时要注意其需满足强度、刚度要求，避免脆性破坏。
5、计算全面准确必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分，采用符合实际受力变形状态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算时，转换结构以上至少取2层结构进人局部计算模型，同时应计及转换层及所有楼层楼盖平面内刚度，计及实际结构三维空间盒子效应，采用比较符合实际边界条件的正确计算模型。整体结构宜进行弹性时程分析补充计算和弹塑性时程分析校核，还应注意对整体结构进行重力荷载下准确施工模拟计算。跨度大于8m的转换结构，8度抗震设计时，应考虑其上竖向荷载代表值的10%作为附加竖向地震作用力，此附加竖向地震作用应考虑上下两个方向。
三、转换层的作用
1、转换上、下层的结构类型
在高层建筑中,因为其特殊的功能要求,所以上面部分是剪力墙结构,而下面部分则是框架结构,所以转换层的一个主要的作用就是对这两种结构进行转换,这样才可以使下部获得比较大的自由使用空间。2、改变上、下层结构的轴线和柱网现代的高层建筑通常是商住两用的模式,所以三层以下作为商用部分,需要空间大,墙体少,还需要有比较大的出入口,那么在转换层上、下的结构形式没有改变的情况下,就需要通过转换层来使建筑的下面部分结构的柱距变大,形成比较大的柱网,这样才可以形成比较大的出入口,以满足商业需要。3、转换上、下层的结构类型和柱网高层建筑的上部的剪力墙结构可以通过转换层来改变成框支剪力墙的结构,同时,下部的柱网和上部的剪力墙的轴线相互错开,可以形成上、下柱网不对齐的布置形式。
四、实际工程案例分析
1、工程概况本工程为一幢综合型高层建筑，总面积为25700m2，总层数为26层。1到3层为商场，4到10层为办公楼，11到25层为住宅，26层为机房。1到2层层高为4.2m，第3层为5.6m，第4到26层为2.8m。根据建筑設计要求，3层以下需较大空间，上部为分隔较多的小空间，因此结构方案采用上部为剪力墙，下部为框一剪结构，在第3层楼面设置结构转换层，板厚250mm。
2、结构转换层类型的选择
转换层的结构形式一般可分为梁式、板式和箱形式三种基本类型。箱形和板式转换层受力较为复杂，利用三维空间计算程序作整体受力分析后还要用有限元法进行局部分析后才能用于设计，同时箱形和板式转换层混凝土耗用量较大，造价高，而梁式转换层（包括桁架式、空腹桁架式等杆系转换层）受力简单，三维空间计算程序结果可直接用于设计，同时施工方便，混凝土耗用量少，造价低，是一般高层建筑转换层广泛采用的一种结构形式，因此本工程选用梁式结构转换层。
3、带转换层的高层建筑结构设计关键问题根据建设部关于印发《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的通知，本工程属于超限高层建筑，结合本工程设计总结了以下带梁式转换层的高层建筑结构设计的主要抗震措施。
（一）保证大空间层有足够的刚度，防止沿竖向刚度变化过于悬殊，严格控制转换层上下结构侧向刚度比.抗震设计时，转换层结构侧向刚度不小于其上一层结构侧向刚度的70%。根据《高规》附录E控制转换层上下结构等效侧向刚度比宜大于1.0，不应大于1.3。为此应保证一定比例的剪力墙落地，加大落地剪力墙的厚度，提高落地剪力墙混凝土强度等级，减小洞口尺寸，使纵横墙尽量连接形成筒体。
（二）加强转换层楼板平面内的整体性和刚度，采用现浇混凝土楼板，板厚取为250mm，同时加强转换层下一层楼板平面内刚度，板厚取为150mm；结构布置尽量左右对称，加强薄弱部位楼板的厚度及配筋；在结构整体分析中，考虑薄弱部位楼板平面内变形对结构受力的影响；通过调整剪力墙的布置方式，使结构质心和刚心接近，避免扭转；平面尽量布置规则。（三）控制风荷载和地震作用下结构层间位移角，地震作用要满足规范对地震基底剪力与重力荷载代表值的比值限制；控制结构底部加强区剪力墙及其他部分剪力墙、框支柱及非框支柱轴压比。
（四）适当加强框支剪力墙转换层以下竖向构件的配筋率。按《高规》验算结构抗倾覆和整体稳定；采用现浇钢筋混凝土楼板，增强结构整体性；核心筒内部楼板厚采用150mm，双层双向配筋；围护材料选用新型轻质材料，有利于减轻建筑自重，减小地震反应。
五、展望
（一）高层建筑的转换层常用的有集中形式，每种都有各自的优势，设计人员可以根据不同的需要对其进行设计。其中梁式转换层施工简单，计算比较简单。
（二）带转换层高层结构由于功能的多变，结构刚度的变化，在转换层容易形成应力集中和变形集中。再加上转换层跨度很大，在承受上部传下来的荷载时，会出现很大的扰度，对抗震不利。
（三）转换层的设计会影响整个高层结构的抗震性能，希望有更加深入的研究，给设计人员提供可靠的设计依据。
（四）控制侧向刚度比,保证底部大空间有充分的刚度,防止沿竖向刚度过于悬殊,是带转换层高层建筑结构设计主要考虑的问题之一。通过对墙厚,墙的位置,落地剪力墙的数量,竖向构件混凝土标号,转换层之上墙体的调整,使得沿竖向侧向刚度均匀变化。
（五）设计中还可利用一些软件工具为设计节约时间,精确结果以及统计等。
六、结束语
国内带转换层的高层建筑结构的设计还是存在一定的问题，因此，在今后的施工中，我们要对其结构设计的要求和原则进行更加深入的研究，以便于更好的进行施工，提高我们高层建筑使用的耐久度和抗震性。
参考文献
[1]王后举.高层建筑转换层的发展现状与展望,广东土木与建筑,2008(10).
[2]张明武.高层商住综合楼转换层结构设计分析与探讨,四川建材,2009(5).
[3]朱昌宏,刘宏涛,张俊辉,陈传铭.高层建筑梁式转换层的应用[J].广东土木与建筑.2004(12)
[4]赵西安.现代高层建筑结构设计上册[M].北京:科学出版社,2000:958-963.
【关键词】转换层；高层结构；设计
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
随着社会的发展，城市人口剧增，高层建筑已经成为社会必不可少的建筑类型，带转换层的高层建筑越来越多，这就需要设计人员对其展开进一步的研究和分析，尽可能的提高带转换层高层建筑的设计水平，这样才能够提高高层建筑的质量。
二、定义及设计原则
因建筑功能需要下部大空间，上部部分竖向构件不能直接连续贯通落地，而通过水平转换结构与下部部分竖向构件连接构成的高层建筑结构为带转换层高层建筑结构。典型带转换层高层建筑结构的剖面如图1、2所示。
转换结构一般可归纳为五种基本型式:梁、桁架、空腹桁架、箱形梁、厚板，如图3一图7所示。带转换层高层建筑结构是受力复杂不利抗震的高层建筑结构，在9度抗震设防地区不宜采用，结构设计需遵循的原则是：
1、减少转换布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能多的布置成上下主体竖向结构连续贯通，尤其是在核心筒框架结构中，核心筒宜尽量予以上下贯通。
2、传力直接布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能使水平转换结构传力直接，尽量避免多级复杂转换，更应尽量避免传力复杂、抗震不利、质量大、耗材多、不经济不合理的厚板转换。
3、强化下部、弱化上部为保证下部大空间整体结构有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，应尽量强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构刚度，使转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近。
4、优化转换结构抗震设计时，当建筑功能需要不得已高位转换时，转换结构还宜优先选择不致引起框支柱(边柱)柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆桁架(包括支撑)、空腹桁架和宽扁梁等，同时要注意其需满足强度、刚度要求，避免脆性破坏。
5、计算全面准确必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分，采用符合实际受力变形状态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算时，转换结构以上至少取2层结构进人局部计算模型，同时应计及转换层及所有楼层楼盖平面内刚度，计及实际结构三维空间盒子效应，采用比较符合实际边界条件的正确计算模型。整体结构宜进行弹性时程分析补充计算和弹塑性时程分析校核，还应注意对整体结构进行重力荷载下准确施工模拟计算。跨度大于8m的转换结构，8度抗震设计时，应考虑其上竖向荷载代表值的10%作为附加竖向地震作用力，此附加竖向地震作用应考虑上下两个方向。
三、转换层的作用
1、转换上、下层的结构类型
在高层建筑中,因为其特殊的功能要求,所以上面部分是剪力墙结构,而下面部分则是框架结构,所以转换层的一个主要的作用就是对这两种结构进行转换,这样才可以使下部获得比较大的自由使用空间。2、改变上、下层结构的轴线和柱网现代的高层建筑通常是商住两用的模式,所以三层以下作为商用部分,需要空间大,墙体少,还需要有比较大的出入口,那么在转换层上、下的结构形式没有改变的情况下,就需要通过转换层来使建筑的下面部分结构的柱距变大,形成比较大的柱网,这样才可以形成比较大的出入口,以满足商业需要。3、转换上、下层的结构类型和柱网高层建筑的上部的剪力墙结构可以通过转换层来改变成框支剪力墙的结构,同时,下部的柱网和上部的剪力墙的轴线相互错开,可以形成上、下柱网不对齐的布置形式。
四、实际工程案例分析
1、工程概况本工程为一幢综合型高层建筑，总面积为25700m2，总层数为26层。1到3层为商场，4到10层为办公楼，11到25层为住宅，26层为机房。1到2层层高为4.2m，第3层为5.6m，第4到26层为2.8m。根据建筑設计要求，3层以下需较大空间，上部为分隔较多的小空间，因此结构方案采用上部为剪力墙，下部为框一剪结构，在第3层楼面设置结构转换层，板厚250mm。
2、结构转换层类型的选择
转换层的结构形式一般可分为梁式、板式和箱形式三种基本类型。箱形和板式转换层受力较为复杂，利用三维空间计算程序作整体受力分析后还要用有限元法进行局部分析后才能用于设计，同时箱形和板式转换层混凝土耗用量较大，造价高，而梁式转换层（包括桁架式、空腹桁架式等杆系转换层）受力简单，三维空间计算程序结果可直接用于设计，同时施工方便，混凝土耗用量少，造价低，是一般高层建筑转换层广泛采用的一种结构形式，因此本工程选用梁式结构转换层。
3、带转换层的高层建筑结构设计关键问题根据建设部关于印发《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的通知，本工程属于超限高层建筑，结合本工程设计总结了以下带梁式转换层的高层建筑结构设计的主要抗震措施。
（一）保证大空间层有足够的刚度，防止沿竖向刚度变化过于悬殊，严格控制转换层上下结构侧向刚度比.抗震设计时，转换层结构侧向刚度不小于其上一层结构侧向刚度的70%。根据《高规》附录E控制转换层上下结构等效侧向刚度比宜大于1.0，不应大于1.3。为此应保证一定比例的剪力墙落地，加大落地剪力墙的厚度，提高落地剪力墙混凝土强度等级，减小洞口尺寸，使纵横墙尽量连接形成筒体。
（二）加强转换层楼板平面内的整体性和刚度，采用现浇混凝土楼板，板厚取为250mm，同时加强转换层下一层楼板平面内刚度，板厚取为150mm；结构布置尽量左右对称，加强薄弱部位楼板的厚度及配筋；在结构整体分析中，考虑薄弱部位楼板平面内变形对结构受力的影响；通过调整剪力墙的布置方式，使结构质心和刚心接近，避免扭转；平面尽量布置规则。（三）控制风荷载和地震作用下结构层间位移角，地震作用要满足规范对地震基底剪力与重力荷载代表值的比值限制；控制结构底部加强区剪力墙及其他部分剪力墙、框支柱及非框支柱轴压比。
（四）适当加强框支剪力墙转换层以下竖向构件的配筋率。按《高规》验算结构抗倾覆和整体稳定；采用现浇钢筋混凝土楼板，增强结构整体性；核心筒内部楼板厚采用150mm，双层双向配筋；围护材料选用新型轻质材料，有利于减轻建筑自重，减小地震反应。
五、展望
（一）高层建筑的转换层常用的有集中形式，每种都有各自的优势，设计人员可以根据不同的需要对其进行设计。其中梁式转换层施工简单，计算比较简单。
（二）带转换层高层结构由于功能的多变，结构刚度的变化，在转换层容易形成应力集中和变形集中。再加上转换层跨度很大，在承受上部传下来的荷载时，会出现很大的扰度，对抗震不利。
（三）转换层的设计会影响整个高层结构的抗震性能，希望有更加深入的研究，给设计人员提供可靠的设计依据。
（四）控制侧向刚度比,保证底部大空间有充分的刚度,防止沿竖向刚度过于悬殊,是带转换层高层建筑结构设计主要考虑的问题之一。通过对墙厚,墙的位置,落地剪力墙的数量,竖向构件混凝土标号,转换层之上墙体的调整,使得沿竖向侧向刚度均匀变化。
（五）设计中还可利用一些软件工具为设计节约时间,精确结果以及统计等。
六、结束语
国内带转换层的高层建筑结构的设计还是存在一定的问题，因此，在今后的施工中，我们要对其结构设计的要求和原则进行更加深入的研究，以便于更好的进行施工，提高我们高层建筑使用的耐久度和抗震性。
参考文献
[1]王后举.高层建筑转换层的发展现状与展望,广东土木与建筑,2008(10).
[2]张明武.高层商住综合楼转换层结构设计分析与探讨,四川建材,2009(5).
[3]朱昌宏,刘宏涛,张俊辉,陈传铭.高层建筑梁式转换层的应用[J].广东土木与建筑.2004(12)
[4]赵西安.现代高层建筑结构设计上册[M].北京:科学出版社,2000:958-963.