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1、高层建筑中转换层结构的设计探析 吕晓祥 盐城市建筑设计研究院有限公司 摘 要： 在高层建筑中不同结构形式竖向连接的关键就是转换层结构, 转换层结构影响整个建筑结构的体系, 因此需要做好高层建筑中转换层结构的设计。文章主要介绍常见的转换层结构形式;研究高层建筑中转换层结构的设计;介绍了高层建筑转换层结构的设计要求和原则, 希望能够给予相关设计人员启发和参考。关键词： 高层建筑; 转换层结构; 设计; 1 常见的转换层结构形式1.1 梁式转换层结构现阶段高层建筑中应用最为广泛的一种转换层结构就是梁式转换层结构, 该方式主要是将墙或柱支承于框支梁, 结构简单, 施工成本低。转换梁所受荷载主要是来源于
2、竖向构件, 包括墙和柱, 通过分析转换梁的受力规律, 就能清晰的了解转换梁设计方法受荷载和所转换构件影响较大。1.2 桁架式转换层结构桁架式转换层受力路径清晰, 应用灵活且抗震能力较好。这种结构形式主要是从梁式转换层结构发展演变而来的, 桁架式转换层一般由钢筋混凝土构成, 其上下弦杆及腹杆截面尺寸较小, 在转换层的上下楼面结构层内, 整体性能较好。但是施工方法较为复杂, 需要专业的有着熟练知识的技术人员施工, 施工难度较大。该结构设计的重点是节点设计, 应加强上、下弦杆与框架柱及竖向腹杆的连接构造, 同时在施工中对节点部位要求也较高。1.3 箱式转换层结构该结构形式是单向、双向托梁和上下层楼板
3、共同作用形成, 整体性能较好。在现阶段高层建筑结构中, 由于该结构形式占用空间较大, 不适用于住宅转换层设计中。且这种结构形式施工成本较高, 因此目前高层转换结构中应用较少。2 高层建筑中转换层结构的设计2.1 转换层结构的布置在高层建筑结构设计中转换层结构的布置十分重要。民用建筑尤其是公共建筑的底层空间设计得一般较为开敞, 通常为大开间, 上层空间的开间较小, 底层墙柱数量相对较少, 而上层数量则较多, 这种建筑形式往往会使建筑结构的稳定性降低, 传力路径变得复杂, 因此在转换层结构布置中需要注意以下问题: (1) 确保上层建筑结构的稳定性, 可以采用转换大梁、桁架、空腹桁架、斜撑、箱形结构
4、等来保持稳定性; (2) 内筒贯通落地, 并在底部增加墙的厚度, 确保筒体结构的整体性。建筑的落地剪力墙同样需要在底部增大墙体厚度, 并保证其间距, 避免出现楼板错层现象, 保障结构的整体性和刚度, 以防止转换层下部结构受到破坏而影响整个建筑的安全; (3) 框支剪力墙转换层上层墙体不能安置边门洞, 中柱上方也尽量不要安置门洞, 防止转换部位破坏。如要安置门洞的话可在墙体中部安置门洞, 保障受力均匀; (4) 转换层结构上部的墙、柱应直接落在主要转换构件上, 如框支主梁。2.2 转换柱设计转换柱是转换层结构的重要构件, 由于其刚度和延性均不如剪力墙, 因而在转换结构中需控制其数量。通常框支框架
5、所承担的地震倾覆力矩应小于总倾覆力矩的 50%。2.3 落地剪力墙设计必须保证落地剪力墙的数量, 其承受的地震倾覆力矩不能小于总地震倾覆力矩的 50%, 同时严格控制落地剪力墙的洞口的设置, 一般设于墙体中部。落地剪力墙的间距也需要注意, 在非抗震时, 一般小于 36m 和 3B;抗震设计时, 如果建筑底部框支层为 1 层或 2 层时, 间距需控制在 24m 和 2B 以下, 如果建筑底部框支层是 3 层或是 3 层以上的话, 间距不应大于 20m 和 1.5B (B 是落地剪力墙之间楼盖的平均宽度) 1。2.4 转换层结构的抗震设计为了保障高层建筑整体的抗震性能, 就必须保障转换层结构的抗震
6、性能。在水平地震作用时, 一般倾覆力矩的分布曲线在转换层结构处出现转折, 因此转换层的内力较大, 需要全面考虑地震作用的影响。可以通过振型分解反应谱法或者是时程分析法来计算地震作用。8 度时, 还要考虑竖向地震的影响。转换层结构的计算内力应乘以放大系数, 以确保其安全。高位转换对抗震性能十分不利, 应避免在 3 层或是 3 层以上进行转换, 否则应提高结构的抗震等级。设计中还应注意控制框支柱的轴压比2。2.5 转换层计算要求转换层结构的分析计算需要对整体结构进行分析, 根据三维空间协同工作计算位移和内力。同时注意, 在完成整体分析后还要对受力复杂的转换层部位进行精细分析, 可以采用平面有限元分
7、析法。建筑底部为 1、2 层大空间时, 一般采用转换层上下等效剪切刚度比来反映结构刚度的变化, 非抗震设计时, 此值不应大于 3;在抗震设计时, 此值则不应大于 2。如果转换层在 3 层或以上, 则要求其侧向刚度 Ki 不小于相邻上部楼层的 60%。在抗震设计时, 如果采用的是高位转换的话, 转换层上下等效侧向刚度比 e 不应大于 1.3。3 转换层结构的设计要求和原则3.1 设计要求在高层建筑结构的底部, 如果上层竖向构件不能直接连续贯通落地的话, 就需要考虑转换层的设置, 将转换层结构构件合理的布置在转换层中。如果高层建筑中上部楼层的结构体系和下部结构体系有着较大差异的话, 就需要在结构体
8、系发生改变的楼层内进行转换设计。在部分框支剪力墙结构中, 上部空间较小, 主要是剪力墙结构, 底部空间较大, 主要是落地剪力墙和支撑上部剪力墙的框支框架共同形成的。这种结构类型的适用范围较广, 由于其底部空间较大, 能够满足多种类型的建筑要求, 底部应用如餐厅、商场、车库等, 上部应用如住宅、公寓以及宾馆等3。3.2 设计原则在高层建筑转换层结构设计中要注意尽可能的减少转换, 在布置转换层上下竖向抗侧构件时要充分保障水平转换结构的可靠性, 减少复杂转换, 避免多次转换。对于厚板转换, 由于自重太大, 抗震十分不利, 抗震设防地区应避免采用。在转换层设计时要最大程度的保障下部的侧向刚度, 并弱化
9、上部结构的刚度, 只有这样才能保障转换层上下主体侧向刚度的相近。由于转换层结构受力非常复杂, 传力不够直接, 设防烈度较高时不宜采用, 9 度抗震设防时则禁止采用。4 结束语综上所述, 在转换层结构的设计过程当中, 需要选用适当的转换形式, 合理的布置转换构件, 使受力简单直接, 并通过整体计算和局部分析来保证整体结构的安全和转换层结构的可靠, 保障建筑的整体质量, 使之带来更好的经济效益和社会效益。参考文献1魏纯虎.高层建筑中转换层结构的设计J.低碳地产, 2016, 2 (18) :413. 2屈长印, 韩向东.高层建筑施工技术关键要点分析J.工程技术研究, 2016, (8) :69+95. 3刘世斌.高层建筑工程技术的应用与发展J.工程技术研究, 2016, (6) :91-92.
