小议高层建筑结构转换层

【摘 要】本文介绍了高层建筑的发展特点，并且提出目前高层建筑的发展趋势，既集吃、住、办公、娱乐、购物、停车为一体的综合建筑。由于空间功能的复杂化，使得建筑结构也随之变化。为了适应上部小空间下部大空间的功能需要，需在两种结构的交接部位设置过渡结构，也就是转换层。因高层建筑结构的多样性，转换层也呈现多种形式。

【关键词】高层；结构；转换层；多样

在我国高层建筑发展的早期阶段，所设计建造的高层建筑大都为单一用途，例如高层住宅、高层旅馆、高层办公楼等。近年来高层建筑发展迅速，建筑朝体型复杂、功能多样的综合性方向发展，因而相应的结构形式也复杂多样。后来陆续开始在高层住宅底层设置生活福利设施，并且开始大量兴建集吃、住、办公、购物、停车等为一体的多功能综合性高层建筑，尤其是在城市主干道两侧，并已成为现代高层建筑的一大趋势。

高层建筑功能综合化的优点：

（1）将各种使用功能的建筑单元集中布置并上下组合在一起，使用上更方便省时，为人们提供良好的生活环境和工作条件，适应现代社会高效率、快节奏生活的需要；

（2）集中紧凑的建筑布置，达到建筑面积最高利用率，相应集中紧凑的管道线路，有利于节约建设投资及减少能源消耗，也有利于物业管理，节约管理经费；

（3）可减少建筑占地面积，节约土地费用，增加城市的绿化面积。

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。这对高层建筑结构设计提出了新的问题，需要设置一种称为“转换层”的结构形式，来完成上下不同柱网、不同开间、不同结构形式的转换，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”。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。比如在结构转换层空间内布置管道、设备等等。这种转换层广泛应用于剪力墙结构及框架—剪力墙等结构体系中。

2 转换层的类型及其工程实例

按照不同的结构转换功能，转换层可分为三种类型：

2.1 高层建筑上层与下层的结构形式不同，通过转换层完成其从上层至下层不同结构形式的变化。

2.1.1工程例1—北京南洋饭店。地面以上24层，总高度为85m。第1～4层为框架结构，第6层以上为剪力墙结构，第5层为转换层，剪力墙的托梁高度为4.5m，底层柱最大直径为1.6m。

2.2 高层建筑上层与下层的结构形式不变，但通过转换层完成其从上层到下层不同柱网轴线布置的变化。

2.2.1 工程例1－香港新鸿基中心，51层，总高度为178.6m，筒中筒结构体系。1～4层为大空间商业用房，5层以上为办公楼。外框筒柱距为2.4m，为解决底层大柱网入口处上、下不同结构柱网轴线的转换，采用截面尺寸为2.0m×5.5米的预应力混凝土大梁，将下层柱距扩大为16.8m和12m；

2.3 通过转换层同时完成高层建筑上层与下层结构形式与柱网轴线布置的变化。

2.3.1 工程例1－香港Harber Road Development大厦。49层，总高度为180m，上层为小柱距框筒结构，通过截面尺寸为1800m（b）×4250m（b）的预应力混凝土大梁的转换，将下层柱距扩大为9.6m和12m。

3 内部结构采用的转换层结构形式

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：

3.1 梁式转换

由于梁式转换层的设计、施工简单，受力明确，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。目前国内外很多，高层建筑结构转换层中采用梁式转换层的方案最多，如前述的北京南洋饭店，上海天鹅宾馆、深圳航空大厦等都是采用梁式转换层。

3.2 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。且高位厚板转换层不宜用于抗震设防烈度6?以上的高层建筑。如深圳华采花园（板厚2.2ｍ，承托29层）。

3.3 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，如北京艺苑假日皇冠饭店。目前箱式转换层用于房屋结构还不多，但在铁路工程中较常见。

3.4 桁架式转换层

这种形式的转换层受力合理明确，但施工及构造较复杂，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。如北京香格里拉饭店。

3.5 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。

4 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，绗架式转换、墙式转换、间接式转换、合柱式转换、拱式转换。如美国纽约世界贸易中心采用合柱式转换。

以下介绍一种形式的结构转换：

4.1 斜柱式结构转换

如：沈阳华利广场大厦，33层，总高度115m，框架－核心筒结构体系。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。

此设计中，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，最终与核心筒相交。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，分别在相应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。就此问题来说，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。

根据高层综合楼建筑功能的需要，选择适宜的结构转换层，不仅可以节省材料用量，而且也可以节省建造费用。同时灵活的将建筑与结构统一，实现建筑之美。