关于高层建筑转换层结构的探讨

摘要：由于建筑功能的需要，形成了建筑上层的结构形式与下层的结构形式不一样；或上下层结构形式一样，但上下层结构的柱网的尺寸不一样。为解决这一矛盾，就采用了转换层结构，本文对不同几种转换层进行阐述以及布置受力进行分析研究。

关键词：高层建筑；转换层结构；形式

1结构转换层的特点

高层建筑中转换层的突出特点主要有两个方面：一是转换层通常设置在建筑

物的下部，在它的上面承受着几十层的荷载，受力复杂，它的破坏将会导致灾难

性的后果。由于设计时分析方法的限制，对各种形式转换层难以做到精确分析；

另一方面是转换层部位地震反应强烈。由于转换层承受荷载巨大，导致其截面超

出常规，钢材耗用量大、刚度大，重量也较一般楼层显著加大。

⑴转换结构构件通常具有数倍于上部结构的跨度，转换结构构件的竖向挠度成为严格控制的目标。

⑵结构中由于设置了转换层，沿建筑物高度方向刚度的均匀性会受到很大的破坏，力的传递途径有大的改变，这决定了转换层结构不能以通常结构来进行分析和设计。

⑶转换结构的连续施工强度大，有的施工过程复杂，有一定的难度。

⑷转换结构构件常常承受其上部结构传下来的巨大竖向荷载或悬挂下部结构的多层荷载，使得转换结构构件的内力很大，因此，竖向荷载成了控制转换结构构件设计的主要因素。

2高层建筑转换层结构的概念

近年来国内外高大建筑的数量越来越多，其建筑及结构形式向着体型复杂、功能多样的方向发展，其目的在于为人们提供良好的生活环境和工作条件。在同一座建筑中，沿房屋高度方向建筑功能要发生变化，上部楼层布置旅馆、住宅，中部楼层用作办公用房，下部楼层作商场、餐馆和文化娱乐设施之用，由于上下楼层建筑功能的不同，所以需相应采用不同的结构布置形式。

因建筑功能需要，上部小空间，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竖向构件连接，这样构成的高层建筑结构称为带转换层的高层建筑结构。

从建筑功能上看，上部楼层需要采用小开间的轴线和布置较多的墙体以满足旅馆和住宅的功能需求，中部楼层则需要小的或中等大小的室内空间，可以在柱网中布置一定数量的墙体以满足办公用房的功能需求，下部楼层则需要采用尽可能大的自由灵活的室内空间，要求柱网尺寸大、墙体尽量少，以满足商场、餐馆等公用设施的功能需求。这种要求与结构的合理、自然布置正好相反，因为结构下部楼层受力很大，即正常应当下部刚度大、墙多、柱网密，到上部逐渐减少。这样，结构的正常布置与上述建筑功能对空间的需求正好相互矛盾。

为了满足建筑功能的要求，结构必须以与常规方式相反进行布置，上部小空间，布置刚度大的剪力墙，下部大空间，布置刚度小的框架柱。由于不同的建筑使用功能要求不同的空间划分布置，相应地，要求不同的结构形式，如何将他们之间通过合理地转换过渡，沿竖向组合在一起，就成为多功能综合性高层建筑结构体系的关键技术。为此，必须在结构转换的楼层设置转换层，称结构转换层。结构上的转换层概念，主要是指在整个建筑结构体系中，合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化的结构单元体系。简单地说，就是上下两层的结构不一样，必需设置一个转换层来“承上启下”。

3转换层结构的布置原则

3.1结构转换层的作用

一般而言，当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时，就必须在结构改变的楼层布置水平转换构件，即结构转换层。因此，转换结构可根据其建筑功能和结构传力的需要，沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置（也可根据建筑功能的要求，在楼层局部布置转换层），且自身的这个空间既可作为正常使用楼层，也可作技术设备层，但应保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。对大底层多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，并加大屋面梁、板尺寸和厚度，以避免中间出现刚度特别小的楼层，减小震害。

3.2竖向布置

①应避免高位转换。当转换层位于3层以上时，层间位移角、剪力的分配及传力途径发生急剧突变，易形成薄弱层，抗震非常不利。对部分框支剪力墙高层建筑结构，其转换层的位置，7度区不宜超过第5层；8度区不宜超过3层。转换层位置超过上述规定时，应作专门研究并采取有效措施，6度时其层数可适当增加；底部带转换层的框架―核心筒结构和外筒为密柱框架的筒中筒结构，其转换层的位置可适当增加。

②布置形式。沿高层建筑方向转换结构可以是分段布置，形成大框架套小框架的巨型框架结构；可以间隔布置，形成错列墙梁或朽架式框架结构，这种情况是要求没有支撑障碍的宽敞内部空间，它必须采用大跨度楼盖结构，即采用一组三层水平构件的梁系统，由转换大梁来支撑主梁，再由主梁支撑次梁。这里的转换大梁起到解决大跨度楼盖和改变各主梁间距的作用，与用它来改变柱列是同一实质；错列剪力墙结构也可设置于建筑物的顶部，悬挂下部结构的荷载；叠层承托析架结构及多梁承托结构。

3.3结构加强层

当建筑物较高柔（例如框架―简体结构），整体刚度有可能不足时，在结构竖向的一定部位设置水平刚性楼层（即加强层），人为地加强结构的整体弯曲效应，这时转换层可同建筑物的加强层、设备层等统一考虑。

4高层建筑转换层结构形式及分类

4.1转换层的布置形式

⑴底部结构形式为大空间的转换层

底部数层结构形式设置为大空间在高大建筑中是最常见的情况，这时可有两种基本做法：①转换层结构跨越底层建筑平面的两端，把荷载传到底层结构的几个支撑点上，这一做法称为桥式结构。②转换层中部支撑在一个强劲的筒体上，四周向外悬挑，由此创造底部数层的大空间（层），使之成为一个大商场、停车场、展览厅或者城市广场的一部分。

⑵外部形成大柱网的转换层

一般来说，对于筒中筒结构的建筑而言，其内筒结构布置从上到下不需作什么变化，需要进行结构布置转换的主要是外筒。外框筒为了布置大的入尸，常常要求在下部楼层布置水平转换构件以在建筑底部扩大柱距、形成大的开间。外筒的转换主要通过转换梁（或墙梁）、转换析架、转换空腹析架、多梁转换、合柱以及转换拱等转换结构形式进行，按结构功能，转换层可分为三类：①上层和下层结构类型转换。多用于剪力墙结构和框架―剪力墙结构，它将上部剪力墙转换为下部的框架，以创造一个较大的内部自由空间。②上、下层的柱网、轴线改变。转换层上、下的结构形式没有改变，但是通过转换层使下层柱的柱距扩大，形成大柱网，并常用于外框筒的下层形成较大的入口。③同时转换结构形式和结构轴线布置。

4.2转换层的主要结构形式

目前在结构设计中应用较多的转换层主要结构形式有：梁式（墙梁式）、空腹析架式、斜杆精架式、箱形和板式等。其中梁式转换层应用最为广泛，它设计和施工简单，受力明确，一般应用于底部大空间剪力墙结构体系中。转换梁可沿纵向或横向平行布置；当需要纵、横向同时设置时，可采用双向梁的形式进行结构布置。单向托梁、双向托梁连同上、下层较厚的楼板共同工作，可以形成刚度很大的箱形转换层。当上、下柱网轴线错开较多，难以用梁直接承托上下结构布置的转换时，则需将楼板做成厚板，形成板式转换。板式转换层的上下结构柱网可以进行灵活布置，毋需与上层结构对齐，但自重很大，且材料耗用较多。

5结语

高层建筑转换层结构设计是一项繁重而又责任重大的工作，既关系到建筑结构的安全性和耐久性，又关系到建筑的适用性和经济性，因而结构设计工作是十分重要的。因此，工程人员在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训，才能将高层建筑转换层结构工作做好。