剖析带转换层的复杂小高层的结构设计方式

王 晓 彦

(山西省建筑设计研究院，山西 太原　030001)



剖析带转换层的复杂小高层的结构设计方式

王 晓 彦

(山西省建筑设计研究院，山西 太原030001)

介绍了高层建筑转换层的定义和功能，从桁架结构、箱型结构、梁式结构和厚梁厚板结构方面，总结了高层建筑的四种不同类型转换层的结构形式，并提出了相应的设计方法，从而保证建筑的安全性和稳定性。

高层建筑，转换层，结构形式

0　引言

通常情况下，高层建筑为了结构的合理性，需要在建筑的下部多增加一些墙体来保证相应的承载能力，但是在实际的建筑中,上部需要一些墙体来满足住宅的要求，而在建筑的下部为了获得较大的空间又需要去掉许多墙体，所以这些结构会产生一定的矛盾。对此，需要在高层建筑中设计一定的转换层，从而保证结构的安全性和一定使用性。

1　转换层定义及功能

为了满足人们的需求，需要在高层建筑的上层设置较多的墙体，轴线的布置较为复杂，而下部需要较大的空间，应该尽量的减少墙体，保证柱网足够大。在这种情况下，上层的荷载可能不会直接传递给地基，会对结构的安全性产生影响。对此应该利用转换结构来将竖向荷载传递给水平转换构件，这就是带有转换层的高层建筑结构。

首先，通过转换层能够将上部的剪力墙荷载传递给下部的框架，属于上下层结构类型的转换，这种结构类型主要出现在剪力墙和框架—剪力墙结构中，这种方式能够保证内部自由空间的充足；另外还有上下层结构柱网和轴线的改变方式，这种方式使转换层上下的结构形式不会发生变化，但是利用转换层能够增加下部结构的柱距，保证柱网的扩大，这种形式主要在外框筒的下层来进行设置，保证下部获得较大的使用空间；还有就是能够对上下层结构同时进行转换的结构类型和柱网，这种方式是上述两种方式的结合，不但能够将转换层上部的剪力墙结构转化成框支剪力墙，还能将上部剪力墙和下部柱网的轴线错开，这样就能够保证上下层不同使用功能的灵活性。

2　不同类型转换层的结构和设计方法

高层建筑的转换层转换结构的形式主要有四种，分别是桁架结构、箱型结构、梁式结构和厚梁厚板结构，具体内容如下：

1)桁架转换层结构。桁架转换层结构是根据梁式结构转换层演化而来的，转换层结构的主要组成部分是由多榀钢筋混凝土桁架组成的，在转换层的上下楼面的结构层里设置上桁架的上下弦杆，而结构层之间会设置腹杆。桁架结构在高度上较高，所以会使得下弦杆具有较小的截面尺寸。无论是实腹桁架还是空腹桁架，都可以作为钢桁架或者钢筋混凝土桁架，而钢筋混凝土桁架是钢筋混凝土高层结构中较为常用的桁架。桁架转换层结构相比于梁式转换层结构来说更加具有整体性，能够更加清楚的进行受力分析，不但自重较小，而且具有较好的抗震性，在管道的安装和维修上也很方便。但是这种转换层结构不但在设计方面难度较大，而且施工起来也很复杂。

桁架结构首先需要进行一定的整体结构的内力分析，不但要对结构整体的位移、变形等方面有要求，而且需要按照国家的相关规定规程来对转换层上下结构的侧向刚度比进行把关。相对来说，桁架结构转换层受力上更加的合理，正是因为这种转换层受到的剪力以及弯矩比较小，所以容易对构件的截面尺寸进行控制，从而在抗震性上有着很好的效果。也正是因为桁架结构受到的剪力和弯矩比较小，所以对转换层下部的影响较小，对于结构来说较为合理。

2)箱型转换层结构。箱型转换层的结构形式主要组成部分是单向托梁和双向托梁，加上上下层较厚楼板的共同工作，就能保证形成的箱型转换层的刚度较大。通过箱型转换层结构能够在转换层本身的整体性上进行保证，当出现转换层结构上部布置较为复杂的情况，还能够对上下竖向构件的力的有效传递进行保证。但是这种结构形式会占用一定的建筑空间，所以这种方式通常会在设备层等楼层中使用。另外，利用箱型转换层结构在对剪力墙进行设置的时候，可能会与设备和管线的布置产生冲突。这种转换层结构在重量和造价上也很不占优势，因为这种结构的性质，会因为其结构的复杂性和施工难度的提高，使得实际施工过程中很少使用。

3)梁式转换层结构。梁式转换层结构是当前复杂高层建筑中最为常用的垂直转换结构形式，在这种结构形式中，力通过墙或柱传到转换梁，然后再传给柱或者墙，这种形式在力的传接上较为直接和明确。在工程的计算、设计和分析上非常的方便，并且施工方便，造价便宜等等，这就是梁式转换层结构在实际的建筑工程中较为常见的原因。在实际的建筑施工中，这种转换梁的结构形式也多种多样，按照转换梁的功能，能够分为托墙和托柱；在加不加腋上也会有差异；另外在结构的组成材料上，主要有钢筋混凝土、预应力混凝土等等。梁式转换层结构主要是对竖向载荷进行承担，主要是对竖向载荷作用下的受力规律进行体现。对上部墙体的转换梁受力分析的时候，主要采用有限元法来进行分析。通过对工程实例的计算结果的分析，能够发现计算的模型在选取的时候会与转换梁的跨度有关。当上层墙体的层数较少时，转换梁的跨度较小，而上层墙体的层数较多时，转换梁的跨度则会较大，在大型的复杂高层建筑中，转换梁的跨度通常在6 m～12 m之间，而层高在2.8 m～3.2 m之间，在这个基础上进行有限元分析，要保证计算精度能够满足设计的需求。

4)厚梁厚板转换层结构。当出现上下层柱网轴线错开情况较多的时候，通常会利用这种转换结构来进行施工，在不能直接的利用梁进行直接承托的情况下，可以利用厚板来进行板式承台式转换层施工。通过厚梁厚板转换层结构能够保证下层柱网在设计上较为灵活，但是同样的会具有较大的自重，在资源的消耗方面也较大。正是因为厚梁厚板转换层结构的刚度较大，所以会被视为刚性的转换层。虽然通过厚板厚梁式转换层结构能够保证上下层结构的布置，但是也会阻碍上下层之间的受力传递等等，不能很好的进行计算，而利用有限元法来进行结算的时候会较为复杂，增加了设计的不便。从受力上进行分析的时候，在对柱与柱或者柱与墙之间进行配筋加强的时候，需要增加配筋量。在剪力和冲切的抗力上来说，正是因为转换板的厚度较大，所以厚板的自重就会较大，使得下层垂直构件的承载能力在设计时要加强，增大了混凝土的用量，在经济性方面不好。

带厚板转换层的高层建筑在进行整体结构的内力分析的时候可以利用三维空间分析程序进行处理，厚板的内力会因为转换板边界形状的不规则，载荷的分布和力等方面也会很复杂，所以需要有限元软件进行分析。通过有限元软件在前后处理功能较为良好，能够对内力进行分析，自动的进行内力的计算，能够实现局部转换层结构的变化分析，对水平方向上的剪力和弯矩进行计算。

3　结语

虽然我国在转换层上具有一定的研究，但是在高层建筑转换层结构的众多方面仍需要进一步的完善和改进，应该对转换层上下结构的情况进行全面的分析，保证能够正确的设计转换层的形式，努力满足使用者的要求并需要保证整体建筑的安全稳定性。

[1]傅学怡.带转换层高层建筑结构设计建议[J].建筑结构学报,1999(2):28-42.

[2]林煌斌,王全凤,张云波.复杂高层转换层结构的智能选型[J].华侨大学学报(自然科学版),2008(3):427-431.

[3]吕鹏,徐刚,刘洪亮.某带转换层的高层建筑结构设计[J].建筑结构,2013(S1):1284-1289.

[4]方武国.浅谈带转换层的复杂小高层结构设计方式[J].科技促进发展,2010(S1):78，125.

[5]邹平,陶波.谈带转换层的复杂高层设计[J].山西建筑,2012，38(11):48-49.

[6]魏陆顺,熊玉生,田坤.带转换层的错层高层结构振动台试验与计算对比分析[J].工程抗震与加固改造,2013(1):109-114.

Analysis on design method of complicated high-rise building structure with conversion layer

Wang Xiaoyan

(ShanxiAcademyofBuildingDesign,Taiyuan030001,China)

The paper introduces the concept and functions of high-rise building conversion layer, summarizes four kinds of structural forms of high-rise building conversion layer from aspects of truss structure, box structure, beam structure and thick-beam plate structure, and finally concludes corresponding design methods, so as to guarantee the building safety and stability.

high-rise building, conversion layer, structural form

1009-6825(2016)08-0065-02

2016-01-07

王晓彦(1985- )，女，助理工程师

TU318

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