综合性高层建筑的结构转换层

【摘 要】在我国高层建筑发展的早期高层建筑大都为单一用途,随着城市建设的不断发展很多高层建筑开始向多功能、多用途的综合性高层建筑发展,要适应这种结构形式的变化就必须设置结构转换层,根据结构转换层的功能合理选择转换层结构形式是高层建筑设计的关键.

【关 键 词】综合性；高层建筑；结构转换层；混凝土；结构形式

1引言

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.由于建筑物的各部分使用功能和要求的不同,对建筑物结构形式、柱网布置等也就提出了不同的要求,为了实现和适应这种结构形式的变化过渡,很多高层建筑中都设置了转换层.

2按照不同的结构转换功能,转换层可分为三种类型：

2.1上下层结构类型的改变,如转换层以下为框架、框架-剪力墙或框架-筒体等结构形式,转换层以上为剪力墙、剪力墙-筒体等结构形式.

工程实例——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上下层柱网、轴线的改变,转换层的上下层结构形式不变,仅柱网、轴线有所变化,常用于筒体结构建筑中.

工程实例——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上下层不仅结构类型有所改变,而且柱网、轴线也有所改变,常用于上下层功能变化较大或较复杂的建筑物.

工程实例——香港HarberRoadDevelopment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、结构采用的转换层结构形式

3.1为实现高层建筑内部上、下层结构形式与柱网的变化,可以用以下几种结构转换形式：

3.1.1梁式结构转换层

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.为适应上部荷载的需要,梁的截面尺寸比较大,常用的尺寸有1000mm×2000mm,1200mm×250mm,1500mm×3000mm等.前述的北京南洋饭店,广东肇庆星湖大酒店都是采用梁式转换层.

3.1.2板式结构转换层

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.板式结构的转换层通常适用于上下层既有结构类型的改变,又有柱网、轴线的变化整个转换层是一块厚达2.0-3.0m的实心钢筋混凝土承重板.有的板式转换层中在一定的部位也设置暗梁,以满足上部结构的变化要求.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.

3.1.3箱式结构转换层

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.箱式结构的转换层实际上也是有梁式结构的转化层变化而来的.有纵横交错的双向主次梁连同上下层楼面的楼板结构以及四周墙壁构成全封闭的箱式结构转换层,整个转换层就像一只大箱子,当然四周也可以适当开洞.它很像箱形基础,也可以看成是由上、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.

3.1.4桁架式结构转换层

桁架式结构的转换层是有梁式结构的转化层变化而来的,整个转换层由多榀钢筋混凝土桁架组成承重结构,桁架的上下弦杆分别设在转换层的上下楼面的结构层内,层间设有腹杆.由于桁架高度较高,所以上下弦的截面尺寸相对较小.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.

3.1.5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.

3.2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.

合柱式转换应用比较普遍,美国纽约世界贸易中心就是采用合柱式转换,下面例举合柱式转换的优点.

工程实例——重庆银星商城,总建筑面积49800m2,地上28层,总高度101.2m,为商住、商贸综合楼,1～9层为商场,基本柱网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1/5.3,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.

4转换层截面设计

结构设计中普遍采用的转换梁截面设计方法主要有普通梁法、偏心受拉法、深梁法、应力法四种方法.本文做简单介绍偏心受拉法和深梁法.

4.1偏心受拉法

在《高层建筑混凝土结构技术规程》2002,中规定框支梁为偏心受拉构件,其截面设计的关键是将有限元分析得到的截面应力换算成截面内力,可按有关文献上的计算公式计算然后根据转换梁的截面内力（弯矩M、轴力N）按偏心受拉构件进行正截面承载力设计,根据剪力V进行斜截面承载力设计.关于截面应力换算为截面内力问题也可参照有关文献中的图表.

4.2深梁法

实际工程中转换梁的跨高比介于普通梁和深梁之间,尤其是框支转换梁其受力和破坏特征类似于深梁.根据圣维南原理,影响转换梁受力特征的墙体高度应和转换梁的跨度有关,当转换梁承托的上部墙体满跨或基本满跨时,转换梁与上部墙体之间共同工作的能力较强,此时上部墙体和转换梁的受力特征如同一个倒T形深梁,转换梁为该组合深梁的受拉翼缘,跨中区存在很大的轴向拉力,此时转换梁宜按倒T形深梁进行截面设计.该设计方法的关键是截面高度的确定及内力臂的计算,一般深梁截面高度取转换梁顶以上ln范围内的墙体与转换梁一起组成倒T形深梁.计算出作用于倒T形深梁截面上的弯矩、剪力后,按深梁进行截面设计.

5结束语

转换层结构越来越广泛的应用在现代高层建筑中,其优点是将各种使用功能的建筑单元集中布置并上下组合在一起,以集中紧凑的建筑布置达到建筑面积最高利用率,减少了建筑物占地面积,节约了土地费用.