高層建築結構轉換層總結
1.概述
1.1背景
近年來國內外高層建築發展迅速，現代高層建築越建越高，越建越大，其建築向著體形複雜、功能多樣的綜合性方向發展，目的在於為人們提供良好的生活環境和工作條件。在同一座建築中，沿房屋高度方向建築功能發生變化，上部樓層布置旅館、住宅；中部樓層用作辦公的寫字樓；下部樓層用作購物、餐飲和文化娛樂等商鋪，這種不同用途的樓層往往需要採用不同的結構。
從建築功能上看，上部需要小開間的軸線布置並需要更多的牆體以滿足旅館和住宅的功能要求；中部則需要小的或中等大小的室內空間，可以再柱網中布置一定數量的牆體以滿足辦公用房的室內空間，可以在柱網中布置一定數量的牆體以滿足辦公用放的功能要求；下部需要盡可能大的自由靈活的室內空間，要求柱網大，牆體盡量少，以滿足商鋪、餐館等公共設施的功能要求。
1.2定義
建築物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部採用不同結構（裝置）型別，並通過該樓層進行結構（裝置）轉換，則該樓層稱為結構（裝置）轉換層。目前的高層建築多為低層商用，上部住宿的多功能要求，在低層商用要求的大空間與上部住宿要求的多牆多柱的小空間之間，往往需要採用一定的結構形式進行轉換處理，即加設轉換層。
1.3功能分類
上、下層結構型別轉換：轉換層將上部剪力牆轉換為下部的框架。這種轉換層多用於剪力牆和框架-剪力牆結構中，以獲得較大的內部自由空間。
上、下層結構柱網和軸線的改變：轉換層上、下的結構形式未改變，通過轉換層能使下部結構的柱距擴大，形成大柱網。這種形式常用於外框筒的下層以形成較大的出入口。
同時轉換上、下成結構型別和柱網：上部剪力牆結構通過轉換層改變為框支剪力牆結構的同時，下部柱網與上部剪力牆的軸線錯開，形成上、下柱網不對齊的布置。
2.轉換層結構形式
2.1梁式轉換層
實腹梁轉換是目前最常用的一種結構形式。實腹梁轉換傳力途徑明確、受力效能好、構造簡單、施工方便，廣泛應用於底部為商店、餐廳、會議室、車庫、機房，上部為住宅、公寓、飯店、綜合樓等建築。
框支轉換可採用實腹梁，此時實腹梁和其上部的剪力牆成為一體，共同承受上部豎向荷載，牆體類似於拉桿拱的受力狀態，而實腹梁就是拱的拉桿，處於偏心受拉狀態。託柱轉換也可採用實腹梁，此時實腹梁承受所託上柱傳來的巨大集中荷載，為受彎受剪構件。當實腹梁上部的剪力牆體上開有大洞，使得豎向荷載下實腹梁上託的不是框架柱而是剪力牆肢。
實腹梁轉換的缺點是轉換構件截面尺寸大、自重大，多少會影響該層的建築使用空間，同時易引起轉換層上、下層剛度突變，對結構抗震不利。實腹梁一般適用於上、下層豎向構件在同一豎向平面內的轉換。
當上部剪力牆不是單片牆，而是帶有短小翼緣的剪力牆時，可以將實腹梁做寬，使小翼緣全部落在扁梁梁寬範圍內，成為寬扁梁轉換形式。避免採用主次框支梁轉換，效果較好。寬扁梁有利於減小結構高度所佔空間，減少樓板跨度，有利於實現強柱弱梁、強剪弱彎，具有明顯的綜合技術經濟效益。
分析研究表明，採用寬扁梁的框支剪力牆轉換、託柱轉換在高位、高烈度區抗震性能比普通實腹轉換梁有著較大的優勢，它有利於減緩高位轉換剛度突變帶來的轉換層框支柱剪力、軸力突變增大及框支柱頂彎矩突變增大引起的應力集中，改善結構的抗震效能。
2.2桁架轉換層
桁架轉換有兩種形式：腹杆僅有豎桿的稱為空腹杆桁架，腹杆有斜桿的稱為斜腹杆桁架。轉換桁架的高度一般為建築物的乙個層高，桁架上弦在上一層樓板平面內，下弦則在下一層樓板平面內。
和實腹梁相比，桁架轉換傳力明確、途徑清楚，桁架轉換上、下層質量分布相對較均勻，剛度突變程度也較小，**反應要比實腹梁小得多。不但可以大大減輕自重，而且可以利用腹桿間的空間布置機電管線，有效利用了建築空間。
但桁架轉換的桿件節點構造複雜，且桿件基本上都是軸心受力構件或小偏心受力構件，延性較差，同時施工較複雜。若為桁架託柱，則對柱子的平面位置有一定的要求，不能像實腹梁託柱那樣，上托柱在豎向平面內可任意放置。和實腹梁轉換一樣，桁架轉換也僅適用於上、下層豎向構件在同一豎向平面內的轉換。
2.3箱型轉換層
箱形轉換結構是利用樓層實腹邊肋梁、中間肋梁和上、下層樓板，形成剛度很大的箱形空間結構。一般情況下，肋梁可雙向布置，中間肋梁腹板往往開有洞口以滿足建築和機電等專業的功能要求。
箱形轉換結構具有以下優點：
(1)箱形轉換結構剛度大，整體性好，受力明確，能更好更可靠地傳遞豎向和水平荷載，使各轉換構件和豎向構件受力較均勻。受力效能優於一般實腹梁轉換結構。
(2)箱形轉換結構的麵內剛度較實腹梁轉換層要大得多，而自重相差不大；但卻比厚板轉換層要小得多，節省材料，減小**作用，降低造價。
(3)可以滿足上、下層結構體系或柱網軸線變化的轉換要求，也可以滿足上、下層結構體系和柱網軸線同時變化的轉換要求。當需要縱、橫兩個方向同時進行結構轉換時，可以採用雙向肋梁布置。避免採用框支主次梁的轉換方案。
(4)箱形轉換結構的空腔部分可以兼做裝置層，肋梁可根據建築功能要求開設洞口，充分利用建築空間，提高了經濟效益。
箱形轉換結構的缺點是箱形轉換上、下層剛度突變較嚴重，不宜用在樓層較高的部位。因此，設計轉換層的時候，應引起設計者的足夠重視，確保轉換結構部位的強度與安全。此外，箱形轉換結構的施工也較麻煩。
2.4厚板轉換層
當轉換層的上、下層剪力牆或柱子錯位範圍較大，結構上、下層柱網很多處對不齊時，採用搭接式或實腹式梁轉換已不可能，這時可在上、下柱錯位樓層設定厚板，通過厚板來完成結構在豎向荷載和水平荷載下力的傳遞，實現結構轉換，這就是厚板轉換。
厚板轉換適用於上、下層結構體系和柱網同時變化，且上、下層柱子錯位範圍大、柱網多處對不齊的情況。滿足現代對建築使用功能多元化的要求。但這種結構形式屬於典型的剛度和質量沿高度不均勻的結構 ，轉換厚板處結構傳力不清且受力非常複雜，結構計算相當困難。
從受力角度考慮，往往需要在柱與柱，柱與牆之間配筋加強，增加了配筋量。轉換板的厚度往往很大，一般可達2.0—2.
8m，厚板一方面重量很大，增大了對下部垂直構件承載力設計要求，另一方面本層的混凝土用量也很大。
由於相當於幾層樓重量的厚板質量集中在結構中部，振動效能十分複雜，且該層剛度很大，下層剛度相對較小，容易產生底部變形集中，在**作用下，**反應強烈，對結構抗震不利。不僅板本身受力很大，而且由於沿豎向剛度突然變化，相鄰上下層受到很大的作用力，容易產生震害。中國建築科學研究院和東南大學等單位的試驗研究表明，厚板本身產生破壞的可能性很小，厚板的上下相鄰層結構出現明顯裂縫和混凝土剝落。
另外試驗還表明，在豎向荷載和**力的共同作用下，板不僅產生沖切破壞，而且可能產生剪下破壞，板內必須三向配筋。
從已設計的工程來看，帶有厚板轉換層的商住建築，結構設計和施工都比較複雜，材料用量和造價都較高，而且抗震設計上的問題較多，目前還在進一步研究，所以採用這種結構形式要慎重對待。
3.發展前景
3.1鋼骨混凝土轉換層的應用
鋼骨混凝土梁不僅承載力高， 剛度好， 可大大減小截面尺寸， 且塑性、 耐久性和抗震效能也優於鋼筋混凝土梁。此外， 鋼骨混凝土梁在施工階段其自身剛度好， 定位準確， 可減少支模， 加快施工速度。目前， 國內採用鋼骨混凝土轉換構件的實際工程還不多， 北京國際**中心國際旅館，1.
8m高的轉換梁採用內埋工型鋼， 形成鋼骨混凝土梁， 承托上部 20層的荷載。
3.2預應力混凝土轉換層的應用
採用預應力技術可帶來許多結構和施工上的優點， 如減小截面尺寸、 控制裂縫和撓度，因此， 預應力混凝土結構非常適合於建造承重荷載的大跨度轉換層， 且有自重輕， 節省鋼材和混凝土。 隨著我國預應力技術的發展， 預應力材料及施工費用不斷下降，即使用材料等強代換的概念從經濟上來比較預應力混凝土結構和鋼筋混凝土結構許多情況下後者並不比前者經濟。
3.3轉換梁受力效能的改善
實際設計時，轉換梁的截面尺寸通常是由它的抗剪承載力要求來確定的， 截面尺寸往往較大。由於梁很強，處理不好有可能使轉換梁與框支柱形成的框架出現「 強梁弱柱」 的現象，對結
構的抗震不利； 另一方面採用轉換梁也多少會影響該層的使用空間；對外筒的轉換， 採用轉換樑會對該層的通風、 採光等不利， 若開設洞口， 則會產生明顯的應力集中現象。因此， 尋求新的轉換結構形式和改善轉換梁受力效能的有效措施有其必要性。
3.4新型轉換結構的應用
由多個單層桁架（ 空腹桁架，混合空腹桁架等）迭合組成的結構稱為「 迭層桁架結構」 如下圖，迭層桁架的工作機制是由多根截面尺寸較大的弦杆（ 梁） 共同承擔上部豎向荷載的工作機制，設定斜桿改變了豎向荷載的傳力方向和位置，起解除安裝作用， 類似於拱傳力。因此將單層或迭層桁架替代轉換梁作為轉換層結構將是一種可行的結構方案。
3.5傳統抗側力結構形式的改善
框架結構和框架 -剪力牆結構是傳統的抗側力結構形式，已廣泛地被應用於高層建築中，但這些傳統的結構形式不能滿足現代高層建築多功能、 綜合用途的建築空間要求，尋求新的抗側力結構形式便成為工程設計人員所關注的問題。
高層建築結構轉換層
摘要 本文介紹了高層建築的發展特點，並且提出目前高層建築的發展趨勢，既集吃 住 辦公 娛樂 購物 停車為一體的綜合建築。由於空間功能的複雜化，使得建築結構也隨之變化。為了適應上部小空間下部大空間的功能需要，需在兩種結構的交接部位設定過渡結構，也就是轉換層。因高層建築結構的多樣性，轉換層也呈現多種形式...
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