帶轉換層高層建筑結構設計策略

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摘要：本文首先對幾種最常見的轉換層做簡要概述并分析了其工作原理，接著分析了轉換層在高層建筑中應用時應具備怎樣的布局和構造原理，接著對其抗震性能和合理性進行了分析，最后對一些新型轉換層的設計進行了探究。

關鍵詞：高層建筑轉換層抗震性結構設計

隨著城市化腳步的加快，高層建筑對于城市來說早已是屢見不鮮。對高層建筑設計轉換層更是當下必不可少的一項任務及要求，轉換層能更好的讓高層建筑發揮其優點和作用，方便了我們的生活。但由于其結構的限制，抗震性能的強弱決定了整棟樓層的安全，因此，對轉換層的要求便更加嚴格。

1轉換層的幾種基本類型和構造原理

1．1梁式轉換層

轉換層樓板上層構造的剪力要傳送給下層構造，在本身承擔一部分壓力的同時還要承擔上部壓力。因此對梁式轉換層的設計構造要求十分嚴格。梁式轉換層的構造優點十分突出，例如它的結構十分簡單，對于力的傳導和傳輸目的十分直接和明了，在大部分的高層建筑中都能被采用。

1．2箱式轉換層

當某一層樓板的硬度條件與估算值存在偏差時，就要求在轉換層的上下各安裝一層樓板，從而增加樓層在受到力的作用下而不易發生形變，安裝后就會上下形成一個箱式構造。采用箱式轉換層的好處是轉換層的受力導力平均，且轉換層在受力時抵抗彈性形變的能力大大增強，但是在實際操作時，箱式轉換層不僅花費大而且不易操作施工［1］。

2轉換層在高層建筑應用及設計構造

轉換層在高層建筑的應用極其廣泛，只要根據樓層的需要進行設計即可，但設計的同時也要考慮種種因素，如建筑地區的選擇，一些高層建筑選擇在土壤比較稀松的地區施工，本身就不利于樓房的自身需求而使得樓房易下陷，而有的樓房較高，如果單純的使用轉換層則不利于對地震的需求，因此對轉換層的使用應具備以下幾點要求：（1）轉換層的設計要有一定的韌性，在承受一定壓力的情況下不易發生形變。（2）應盡可能的在構造中不使用縱向構件。（3）在構造時要使頂底兩層的剛度比控制在1和2之間，使縱向受壓時形變量不受過大影響。（4）盡可能將轉換層上部的剪力墻和柱子保持一一對應。（5）轉換層在選擇位置上要盡可能靠近建筑物底部的適當位置，如果建筑物特別高要求轉換層設置也要高時就盡可能的讓轉換層的縱向位置降低并增加一定的剛度，如果設計不達標則地震來臨時便會對整個建筑物的安全帶來嚴重的威脅。（6）使支剪力墻與落地剪力墻的比值保持在相關要求內。（7）要系統精確地分析轉換層結構，將其和整棟樓房進行統一換算分析，并進行模擬實驗以及抗震測試，最大化的提高其安全系數［2］。

3抗震性能的分析

隨著轉換層位置的不斷提高，對于其抗震性能的要求也不斷提升，影響其抗震性能的因素也有很多種類，像轉換層的位置設置、轉換層頂部與底部對壓力變形的韌性，轉換層側面的剛度等。因此我們在對轉換層進行結構分析和設計構造時應考慮這些因素。根據《高規》內容的明確規定，對于一些框支剪力墻結構的轉換層，設置在三層及以上時，在剪力墻和支柱底端應加強抗震系數，使其增加一級抗震系數，本身為特一級時則不必增加。

4轉換層的幾種最新構造

4．1搭接柱轉換型

其設計的主要準則是利用轉換柱來實行轉換，這樣做的好處就是在構造時使用的原材料較少，而且它的自身重量比較輕，對建筑的剩余空間資源可以得到充分利用，而且對壓力的形變程度也比較小。但有一點值得關注的是柱子上面的樓蓋應該使用高承受力的物質材料進行加固。搭接柱轉換型之所以在安全和穩定性上優于其他轉換型結構的原因在于它連接樓蓋的承受力和縱向伸縮度的完美控制。使得搭接柱受內力的影響大大衰減。在搭接柱形式的轉換層中，最主要的重心便是筒體對側力的抵抗能力。所以對于筒體的承受力，伸縮性和橫截面的尺寸要做到足夠精細。就要求受力能從搭接柱伸縮到上一層，當筒體的構造材質發生變化時，不會影響塔柱因受力而產生變形，從而使高層建筑的抗震性不衰減。另外我們也可以運用SATWE、PMSAP這樣的軟件對搭接柱轉換構造的性能進行測算解析，更方便快速的解決了人力測算帶來的誤差。

4．2其他新型轉換結構

除了上面的搭接柱轉換型，還有兩種基本形式的轉換結構，寬扁梁轉換結構和斜撐轉換結構，這兩種結構都有其各自優點，對于前者來說，該轉換型適應于各種建筑物類型，對轉換層的高低影響重大并且有利于建筑物機械設備的使用，大大減少了資金成本，對建筑物造型設計上有一定的輔助功能。后者則使高層建筑受力均勻，力的傳導比較明確，緩沖機械變形上有更好地抗震效果［3］。

5基于高層建筑轉換層構造的建議

面對當前形勢，許多建筑工程師就高層建筑的轉換層的抗震效果、對高層建筑自身受力等多種情況進行了一些有價值的研究，這樣就為設計構造者對高層建筑物的轉換構造帶來了理論依據，使得一些建筑避免了成為爛尾工程的犧牲品。據此，針對高層建筑轉換層的設計構造提出了以下幾點建議：其一，轉換層的高度問題應該進行全面系統地分析測試，轉換層高度大，會使轉換層的地震反應力加大，但對其它樓層的反應較小，對地基的承受能力是一大考驗，所以應該使轉換層的高度設計在允許抗震等級以內。其二，轉換層自身高度越大，其自身結構受地震影響其波動幅度越大，靠近轉換層的幾層受轉換層的影響其波動幅度也有所加強，因此，轉換層的轉換梁不應太高。其三，轉換層設置越高對樓層的變形程度影響越大，轉換層的高度越靠上，對樓層的伸縮性要求增加，各個樓層間的可伸縮性減小，各樓層間的位移量變小，加大了構造的扭轉時間，對建筑物本身的結構造成一定的影響，因此，轉換層的高度不應設置太高。其四，剛度比的不同會對抗震性能產生一定的影響，同時對第一次低階振型周期產生巨大影響，而對橫向方向的構造在能檢測出的地震影響較小。因此，我們應該使用各類方法使結構剛度比達到黃金比值。

6結語

由于當今社會的建筑類型大不相同，為了建筑需求所要實現的效果和功能也不盡相同，因此在設計轉換層時應考慮到各個高樓的現場具體情況，為可能發生的各類突發狀況做好必要的應急措施。轉換層所在的高樓受力復雜，對自然界的不可抗拒的因素也要考慮在內，如地震，臺風，海嘯等。

參考文獻

［1］王紹君．帶轉換層高層建筑結構設計建議［J］．門窗，2014，01：380．

［2］閆微微．帶轉換層的高層建筑結構設計［J］．科技與企業，2013，06：215．

［3］梁興泉．高層轉換結構的設計［J］．山西建筑，2016，02：29－31．

作者：廖曉雄 單位：中國建筑西南設計研究院有限公司