浅谈高层建筑结构转换层

因建设用地紧张，越来越多地采用底层为商业用房上层为住宅的高层商住楼建筑。商业用房一般需要大空间、大跨度，而住宅用房的空间和跨度相对较小。这样的建筑结构上下不能贯通，因此，需在商业用房和住宅用房之间设置转换层，来完成上下不同柱网、不同开间、不同结构形式的转换。

1.多功能综合性高层建筑结构体系的特点

从建筑使用功能而言，在设计中，通常将大柱网的购物商场、餐厅、娱乐设施设于多功能综合性高层建筑的下层部分，而将较小柱网、较小开间的住宅、公寓、旅馆、办公功能的建筑设于中、上层部分。这种建筑使用功能的特点相应决定了多功能综合性高层建筑结构体系的特点。由于不同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。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。它在主要满足结构安全功能要求的同时，多数情况下解决一些特殊技术性建筑功能要求。这种转换层广泛应用于剪力墙结构及框架一剪力墙等结构体系中。

2.转换层的类型

转换层可供选择的构件形式有梁、桁架、空腹桁架、箱形结构、斜撑、厚板等。为实现高层建筑内部上、下层结构形式与柱网的变化，可以用以下的结构转换形式：

2.1梁式转换

由于它受力明确，设计与施工简单，一般用于上层为剪力墙结构，下层为框架结构的转换。当纵、横向同时需要转换时，可采用双向梁布置的转换方式。

2.2板式转换层

当上、下柱网、轴线有较大错位，不便用梁式转换层时，可以采用板式转换方式。板的厚度一般很大，以形成厚板式承台转换层。它的下层柱网可以灵活布置，不必严格与上层结构对齐，但板很厚，自重很大，材料用量很多。

2.3箱式转换层

当需要从上层向更大跨度的下层进行转换时，若采用梁式或板式转换层已不能解决问题，这种情况下，可以采用箱式转换层。它很像箱形基础，也可看成是由上、下层较厚的楼板与单向托梁、双向托梁共同组成，具有很大的整体空间刚度，能够胜任较大跨度、较大空间、较大荷载的转换。

2.4桁架式转换层

这种形式的转换层受力合理明确，构造简单，、自重较轻，材料节省，能适应较大跨度的转换，虽比箱式转换层的整体空间刚度相对较小，但比箱式转换层少占空间。

2.5空腹桁架式转换层

这种形式的转换层与桁架式转换层的优点相似，但空腹桁架式转换层的杆系都是水平、垂直的，而桁架式转换层则具有斜撑竿。空腹桁架式转换层在室内空间上比桁架式转换层好，比箱式转换层更好。

3.结构采用的转换层结构形式

前述转换层结构形式主要用于内部结构的上、下层转换。对于结构，往往由于建筑功能的需要在底部扩大柱距，一般采用梁式转换、桁架式转换、墙式转换、间接式转换、合柱式转换、拱式转换。以下介绍两种形式的结构转换：

3.1 v形柱式结构转换

重庆银星商城，总建筑面积49800m2，地上28层，总高101．2m，为商住、商贸综合楼，l-9层为商场，基本柱网为7．80m×7．80m及7．80m×9．30m，第10层为技术层及物业管理，第11-26层为住宅，第27层及第28层为电梯技术间及水箱间。由于上部住宅的柱网、轴线与下部商场不能完全重合。对前述的转换层结构形式都不适合该工程的特点，而且材料用量及造价均较高。后来在第9层与第10层利用两层空间设置了4根v形柱来完成结构转换。在该设计中v形柱占据两层空间。其斜度为l／5.3，在上面一层为两肢对称的斜柱，到下面一层合成为实腹的倒梯形状，双斜柱的截面积之和不小于下面倒梯形柱的截面积。在斜柱的顶部用拉梁互相联结，同时在斜柱的外跨框架梁采取加腋措施。采用V形柱式结构转换时，该层梁的剪力及弯矩要小的多，同时节省了材料用量。

3.2斜柱式结构转换

沈阳华利广场大厦，33层，总高度115m，框架一核心简结构体系。7层以上用作写字间、公寓，环绕圆形核筒设有16根走廊柱，目的是为了减小呈辐射状平面布置的主梁的跨度。并相应减小层高，然而，在7层以下，这16根环状布置的柱对商场的布置是不需要的，应予去除，这就构成了上、下层结构转换的问题。在设计中，采用了斜柱双环转换结构。将转换层以上16根环状平面布置的竖直柱，在两层楼高范围内，一律向核心筒方向转折，最终予核心筒相交。鱼油核心筒内设有电梯、楼梯、管道井、楼板，楼板开洞较多，这16根斜柱内力的水平分量主要由核心筒外的圆环形楼板来承受。在斜柱顶部的楼层梁板出现环向拉力，在斜柱底靠近核心筒的楼层梁板则出现环向压力，。于是，相应分别在斜柱顶与斜柱底设置了抗拉环梁与抗压环梁，在设计中将环梁、楼板、斜柱顶主环梁的中心置于同一水平面上。由于斜柱在其与竖柱相交处产生水平分力作用于楼层，对该水平力最好的处理办法是设法在最短的传力途径上予以平衡消失。就这点来说，斜柱宜成对称设置，如重庆银星商城大厦。而沈阳华利广场大厦虽用的是单斜柱，但它对核心筒呈对称环状分布，在斜柱顶部的环向拉力及斜柱底部的环向压力分别由抗拉环梁与抗压环梁来承担。斜柱穿越的层数最少是一层，也可根据需要穿越2-3层，增多穿越的层数可使斜柱对楼层的水平分力大为降低。

高层住宅的结构转换层是一个住宅建筑物中不同结构形式相连结的关节点，它既是下部结构的封顶，又是上部结构的”空中基础”，在整个建筑物结构体系中起着至关重要的连结纽带作用。根据高层综合楼建筑功能的需要，灵活的将建筑与结构统一，选择适宜的结构转换层，不但可以节省材料用量，而且也可以节省建造费用。　[科]