淺析高層建筑中轉(zhuǎn)換層的作用

1、課程結(jié)課論文課程結(jié)課論文第頁(yè)2第頁(yè)2淺談高層建筑中轉(zhuǎn)換層的作用摘要：隨著人們對(duì)建筑功能多樣化的需求，以及現(xiàn)代高層建筑的迅速發(fā)展，建筑功能的需要也趨向于多樣綜合化，而建筑結(jié)構(gòu)的布置與建筑功能對(duì)空間的要求正好相反，因此必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件，即轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展趨向之一。本文從基礎(chǔ)概念方面簡(jiǎn)述了轉(zhuǎn)換層的功能、施工特點(diǎn)、分類，并分析了其設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。關(guān)鍵詞:發(fā)展高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)引言：近年來(lái)高層建筑朝著層數(shù)多、高度大、功能多和平立面布置復(fù)雜、結(jié)構(gòu)體系多樣化的方向發(fā)展，在同一建筑中，因沿房屋高度建筑功能的變化，上部樓層往往布置小開(kāi)間的旅館及住宅；中部樓

2、層布置小開(kāi)間或中等開(kāi)間的辦公用房；下部樓層則需盡可能大的自由靈活的大空間商店、餐廳及文化娛樂(lè)場(chǎng)所等公用設(shè)施。此時(shí)，結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行“反常規(guī)設(shè)計(jì)”，在上部布置剛度大的剪力墻，下部布置剛度小的框架柱，它們之間設(shè)置水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件形成轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)受力上分析，由于高層簡(jiǎn)述結(jié)構(gòu)下部樓層受力很大，上部樓層受力較小，正常的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)該是下部剛度大，墻體多，柱網(wǎng)密，到上部漸漸減少到墻柱的數(shù)量，以擴(kuò)大柱網(wǎng)。這樣結(jié)構(gòu)的正常布置與建筑功能對(duì)空間的要求正好相反，因此需要設(shè)置轉(zhuǎn)換層從而將上部小開(kāi)間結(jié)構(gòu)的豎向荷載傳遞到下部大開(kāi)間的結(jié)構(gòu)上。由于轉(zhuǎn)換層的上部、下部結(jié)構(gòu)布置或體系有所變化，容易形成下部剛度小，上部剛度大的不利結(jié)構(gòu)

3、，要防止出現(xiàn)下部變形較大的軟弱層，也要避免下部承載力不足的薄弱層。一、轉(zhuǎn)換層主要實(shí)現(xiàn)以下功能：（一）上、下層結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換層將上部剪力墻轉(zhuǎn)換為下部的框架。這種轉(zhuǎn)換層多用于剪力墻和框架一剪力墻結(jié)構(gòu)中，以獲得較大的內(nèi)部自由空間。（二）上、下層結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)和軸線的改變轉(zhuǎn)換層上、下的結(jié)構(gòu)形式未改變，通過(guò)轉(zhuǎn)換層能使下部結(jié)構(gòu)的柱距擴(kuò)大，形成大柱網(wǎng)。這種形式常用于外框筒的下層以形成較大的出人口。（三）同時(shí)轉(zhuǎn)換上、下層結(jié)構(gòu)類型和柱網(wǎng)上部剪力墻結(jié)構(gòu)通過(guò)轉(zhuǎn)換層改變?yōu)榭蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)的同時(shí)，下部柱網(wǎng)與上部剪力墻的軸線錯(cuò)開(kāi)，形成上、下柱網(wǎng)不對(duì)齊的布置。二、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)：部分豎向構(gòu)件在轉(zhuǎn)換層處被打斷，使豎向力的傳遞

4、被迫發(fā)生轉(zhuǎn)折，而轉(zhuǎn)換層就是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)折功能的大型水平構(gòu)件。帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑是一受力復(fù)雜、不利抗震的結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)及其支撐系統(tǒng)有自身的特點(diǎn)。（一）結(jié)構(gòu)尺寸大，樓面支撐荷載重帶轉(zhuǎn)換層體系內(nèi)力的改向是通過(guò)引發(fā)截面內(nèi)力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布比較復(fù)雜，同時(shí)為保證上部結(jié)構(gòu)水平剪力順利傳往下部，對(duì)轉(zhuǎn)換層樓面水平剛度有嚴(yán)格要求規(guī)范一般要求樓板厚度不小于，故一般轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸較大、樓面荷載較重。（二）分層澆筑，利用先澆部分構(gòu)件承載轉(zhuǎn)換層水平構(gòu)件高跨比大，截面彎曲時(shí)水平纖維相對(duì)錯(cuò)動(dòng)不可忽略，平截面假定不再適用，一般呈現(xiàn)短深梁或厚板的受力特性。采用二次疊澆法進(jìn)行施工時(shí)應(yīng)對(duì)疊和構(gòu)件進(jìn)行仔細(xì)分析，考慮分層處水平剪

5、力對(duì)構(gòu)件的影響，必要時(shí)應(yīng)與設(shè)計(jì)單位配合，進(jìn)行一次設(shè)計(jì)，確保一次疊澆構(gòu)件在施工階段和正常使用狀態(tài)下的承載能力。（三）結(jié)合下部結(jié)構(gòu)，靈活布置支撐系統(tǒng)為減少對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的不利影響，避免轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上下層發(fā)生剛度突變和剪力突變，設(shè)計(jì)不落地支撐系統(tǒng)時(shí)可以結(jié)合下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈活合理的布置。（四）通過(guò)下部豎向構(gòu)件卸荷根據(jù)轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)時(shí)“強(qiáng)化下部、弱化上部”的原則，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層下部主體結(jié)構(gòu)剛度、弱化上部結(jié)構(gòu)剛度，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在由地震荷載參加組合的工況下，下部豎向構(gòu)件軸壓比限值有嚴(yán)格的控制，以保課程結(jié)課論文課程結(jié)課論文第頁(yè)證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性這使轉(zhuǎn)換層下部豎向構(gòu)件在施工階段比一般豎向構(gòu)件具備更大的延性和承載力儲(chǔ)備，可

6、以利用下部承載力富余的豎向構(gòu)件作為支撐的傳力構(gòu)件。（五）利用鋼骨架或預(yù)應(yīng)力卸荷在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中使用鋼骨混凝土和預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以減輕自重、改善結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。設(shè)計(jì)模板支撐時(shí)可以利用己經(jīng)成型的水平鋼骨或預(yù)應(yīng)力平衡部分或全部施工荷載，極大改善支撐受力性能，這種措施適用于轉(zhuǎn)換層與上部結(jié)構(gòu)沒(méi)有形成整體工作的情況如上部采用的是小柱網(wǎng)框架或開(kāi)口剪力墻、壁式框架等結(jié)構(gòu)形式。三、轉(zhuǎn)換層的分類：從建筑功能角度看，轉(zhuǎn)換層可提供大的室內(nèi)空間與出入口；從結(jié)構(gòu)角度看，轉(zhuǎn)換層可實(shí)現(xiàn)上下層結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)軸線中其一或兩者同時(shí)轉(zhuǎn)換。主要結(jié)構(gòu)形式可分為桁架（包括空腹桁架）、箱型結(jié)構(gòu)、梁式（包括托梁和雙向梁格）、厚梁厚板等。（一）桁

7、架轉(zhuǎn)換層桁架式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層是由梁pnoq1XXXX2式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層變化而來(lái)的，整個(gè)轉(zhuǎn)換層由多榀桁架組成承重結(jié)構(gòu)，桁架的上下弦桿分別設(shè)在轉(zhuǎn)換層的上下樓面的結(jié)構(gòu)層內(nèi)。對(duì)于下部是商場(chǎng)需要大凈空面積，上部是住宅為小空間布局的高層建筑，一般要設(shè)管道設(shè)備層，而根據(jù)上下柱網(wǎng)的軸線位置而設(shè)置桁架轉(zhuǎn)換層則可巧妙地解決此問(wèn)題。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)采用轉(zhuǎn)換桁架可以較好地解決通風(fēng)采光的問(wèn)題，易滿足建筑功能的要求。（二）箱型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層當(dāng)單向托梁、雙向托梁連同上下層較厚的樓板共同工作時(shí)，可以形成剛度較大的箱型轉(zhuǎn)換層。箱型轉(zhuǎn)換層在鐵路工程中是常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，用于房屋結(jié)構(gòu)則很少。箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)具有較大剛度和承載力。在該層的腹板中可以選擇適

8、當(dāng)位置開(kāi)設(shè)管道和入通行孔洞，以充分利用空間。由于箱形轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)完整并且具有較大的剛度，上層的剪力墻結(jié)構(gòu)與箱形轉(zhuǎn)換層相當(dāng)于一個(gè)結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)構(gòu)件，彼此之間受力關(guān)系清楚。（三）梁式轉(zhuǎn)換層衆(zhòng)梁式轉(zhuǎn)換層應(yīng)用最廣泛，它設(shè)計(jì)和施工都簡(jiǎn)單，受力明確，一般廣泛用于底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，即是把大部分的剪力墻在一定層次上用框架“抬”起來(lái)，一部分剪力墻落地，在底下幾層形成大空間的商場(chǎng)，在框架和剪力墻的交界處用一較大截面的托梁來(lái)過(guò)渡，即結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層就做在框支梁這一層。轉(zhuǎn)換梁可沿縱向或橫向平行布置；當(dāng)需要縱、橫向同時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)，可采用雙向梁的布置。梁式轉(zhuǎn)換層不確定的地方在于，當(dāng)上下軸線不對(duì)齊，轉(zhuǎn)換次梁較多時(shí)，空間受力較

9、復(fù)雜，在轉(zhuǎn)換梁端易于出現(xiàn)裂縫，且轉(zhuǎn)換主梁在水平荷載易產(chǎn)生較大扭矩。由于其質(zhì)量較大，因而地震反應(yīng)較大。（四）厚板轉(zhuǎn)換層厚板結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層通常適用于上下層既有結(jié)構(gòu)類型的改變，又有柱網(wǎng)、軸線變化的情況。對(duì)于體型復(fù)雜的商住樓，特別是多塔樓體系，上部住宅單元剪力墻布置很不規(guī)則,而下部商場(chǎng)要求規(guī)則大柱網(wǎng)，難以布置轉(zhuǎn)換梁和桁架，采用厚板轉(zhuǎn)換層成為一種較好的選擇。整個(gè)轉(zhuǎn)換層是一塊厚達(dá)2.Om3.0m的實(shí)心鋼筋混凝土承重板。有的厚板轉(zhuǎn)換層在一定部位也設(shè)有暗梁，以滿足上部結(jié)構(gòu)的變化要求。它特別適用于體型復(fù)雜、功能繁多的結(jié)構(gòu)，能夠更為靈活的實(shí)現(xiàn)建筑物的功能，真正體現(xiàn)高層建筑的優(yōu)勢(shì)。四、轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題：由于帶轉(zhuǎn)

10、換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論方法還不完善，因此在進(jìn)行帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下幾個(gè)問(wèn)題：第一，轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)不應(yīng)成為柔軟層，否則房屋在大地震中會(huì)倒塌；第二，應(yīng)使轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度接近下部結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，不發(fā)生轉(zhuǎn)換層上、下剛度突變；第三，若底部轉(zhuǎn)換層位置過(guò)高，則轉(zhuǎn)換層上、下剛度突變?cè)酱?，轉(zhuǎn)換層上、下內(nèi)力傳遞途徑的突變加劇，落地剪力墻或簡(jiǎn)體容易出現(xiàn)受彎裂縫，從而使框支柱的內(nèi)力增大，轉(zhuǎn)換層上部附近的墻體易破壞，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。結(jié)束語(yǔ)：隨著人們生活水平的提高與多功能化，高層建筑在日常生活中的地位也愈發(fā)的重要，而結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在高層建筑中的應(yīng)用也愈發(fā)的常見(jiàn)。結(jié)構(gòu)層在高層建筑中承上啟下，保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，起著至關(guān)重要的作用，也是在施工過(guò)程中的重難點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，新型材料與