高層建筑內部與外圍結構轉換設計

1、<p>　　高層建筑內部與外圍結構轉換設計</p><p>　　摘要：目前，根據建筑使用的多樣性，同一棟建筑需滿足建筑的多功能使用要求，以現有的高層建筑為例，底層為臨街或主干道，作為住宅以達不到它的最大使用價值，需要建筑功能多樣性的綜合性方向發(fā)展，因而相應的結構形式也復雜多樣。高層建筑為滿足上部結構的使用空間，房間不露柱、露梁且滿足底層設置商鋪、餐飲、辦公、購物、停車等為一體的多功能綜合性高層建筑，尤其

2、是在城市商業(yè)街，并已成為現代高層建筑的發(fā)展趨勢。 </p><p>　　關鍵詞：外圍結構 內部結構高層建筑 轉換層 梁式轉換 板式轉換。 </p><p>　　中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　引言：高層建筑轉換層結構使用的優(yōu)點：①同一棟建筑可以滿足不同的使用功能，在豎向構件不連續(xù)的情況下，滿足抗震與受力要求；②將各種

3、使用功能的建筑單元集中布置并上下組合在一起，使用上更方便省時，為人們提供良好的生活環(huán)境和工作條件，適應現代社會高效率、快節(jié)奏生活的需要；③集中緊湊的建筑布置，達到建筑面積最高利用率，相應集中緊湊的管道線路，有利于節(jié)約建設投資及減少能源消耗，也有利于物業(yè)管理，節(jié)約管理經費；④可減少建筑占地面積，節(jié)約土地費用，增加城市的綠化面積。 </p><p>　　高層建筑轉換層結構使用的缺點：①轉換層結構剛度突變較大，抗震設計

4、時計算難度較大，不利于結構整體抗震；②轉換梁對上下結構起承上啟下的作用，對轉換梁與框支柱的剛度要求很高，從而提高了整個結構的工程造價。 </p><p>　　1多功能綜合性高層建筑結構體系的特點 </p><p>　　從建筑使用功能而言，在設計中，通常將大柱網的購物商場、餐廳、娛樂設施設于多功能綜合性高層建筑的下層部分，而將較小柱網、較小開間的住宅、公寓、旅館、辦公功能的建筑設于中、上層部

5、分。這種建筑使用功能的特點相應決定了多功能綜合性高層建筑結構體系的特點。由于不同建筑使用功能要求不同的空間劃分布置，相應地，要求不同的結構形式，如何將他們之間通過合理地轉換過渡，沿豎向組合在一起，就成為多功能綜合性高層建筑結構體系的關鍵技術。這對高層建筑結構設計提出了新的問題，需要設置一種稱為“轉換層”的結構形式，來完成上下不同柱網、不同開間、不同結構形式的轉換，簡單地說，就是上下兩層的結構不一樣，必需設置一個轉換層來“承上啟下”。結構

6、上的轉換層概念，主要是指在整個建筑結構體系中，合理解決豎向結構的突變性轉化和平面的連續(xù)性變化的結構單元體系。它在主要滿足結構安全功能要求的同時，多數情況下解決一些特殊技術性建筑功能要求。比如在結構轉換層空間內布置管道、設備等等。這種轉換層廣泛應用于剪力墻結構及框架―剪力墻等結構體系中。 </p><p>　　2轉換層的主要定義與功能 </p><p>　　2.1將上部剪力墻轉換為下部框架，

7、這種轉換多用與剪力墻與框架剪力墻中，以獲得較大的內部空間。 </p><p>　　2.2上下結構的柱網與軸網改變。通過轉換使建筑的下部結構柱網擴大，這種形式常用于外框筒的下層以形成較大的出入口。 </p><p>　　2.3上部剪力墻結構通過轉換層改變?yōu)榭蛑Ъ袅Y構的同時，下部柱網與上部剪力墻的軸網錯開，形成上下軸網不對其的布置。 </p><p>　　3內部結構

8、采用的轉換層結構形式 </p><p>　　為實現高層建筑內部上、下層結構形式與柱網的變化，可以用以下的結構轉換形式： </p><p><b>　　3.1梁式轉換 </b></p><p>　　該結構是目前高層建筑中實現垂直轉換最常見的結構形式，由于它受力明確，設計與施工簡單，一般用于上層為剪力墻結構，下層為框架結構的轉換。當縱、橫向同時需要

9、轉換時，可采用雙向梁布置的轉換方式。從轉換梁功能上可分為托墻與托柱梁，從轉換梁形式上可分為加腋與不加腋，從轉換梁結構從用上可分為鋼筋混凝土、預應力混凝土、鋼骨混凝土與鋼結構，鋼筋混凝土轉換梁應滿足上、下部縱向鋼筋的最小配筋率在抗震設計時一級、二級分別不應小于0.5%、0.4%，針對偏心手拉的轉換梁的支座上部縱向鋼筋至少有50%沿梁全長貫通，下部縱向鋼筋應全部直通到柱內，沿梁腹板高度應配置間距不大于200mm、直徑不小于16mm的腰筋。

10、</p><p><b>　　3.2板式轉換層 </b></p><p>　　當上、下柱網、軸線有較大錯位，不便用梁式轉換層時，可以采用板式轉換方式。板的厚度一般很大，以形成厚板式承臺轉換層。厚板式轉換結構的剛度很大，可視為剛性轉換，它的下層柱網可以靈活布置，不必嚴格與上層結構對齊。厚板轉換一方面給上部結構帶來方便，另一方面也使板的傳力途徑變得不清楚，因而也非常模糊，

11、結構計算也相當困難，但板很厚，自重很大，材料用量很多，板式轉換對建筑高度控制嚴格，實際工程采用較少。 </p><p><b>　　3.3箱式轉換層 </b></p><p>　　當需要從上層向更大跨度的下層進行轉換時，若采用梁式或板式轉換層已不能解決問題，這種情況下，可以采用箱式轉換層。它很像箱形基礎，也可看成是由上、下層較厚的樓板與單向托梁、雙向托梁共同組成，具有

12、很大的整體空間剛度，能夠勝任較大跨度、較大空間、較大荷載的轉換。 </p><p>　　3.4桁架式轉換層 </p><p>　　這種形式的轉換層受力合理明確，構造簡單，自重較輕，材料節(jié)省，能適應較大跨度的轉換，雖比箱式轉換層的整體空間剛度相對較小，但比箱式轉換層少占空間。 </p><p>　　3.5空腹桁架式轉換層 </p><p>　　

13、這種形式的轉換層與桁架式轉換層的優(yōu)點相似，但空腹桁架式轉換層的桿系都是水平、垂直的，而桁架式轉換層則具有斜撐竿?？崭硅旒苁睫D換層在室內空間上比桁架式轉換層好，比箱式轉換層更好。 </p><p>　　4外圍結構采用的轉換層結構形式 </p><p>　　前述轉換層結構形式主要用于內部結構的上、下層轉換。對于外圍結構，往往由于建筑功能的需要在底部擴大柱距，一般采用梁式轉換、絎架式轉換、墻式轉

14、換、間接式轉換、合柱式轉換、拱式轉換。 </p><p>　　以下介紹斜柱式結構轉換： </p><p>　　西部大廈，28層，總高度96m，框架－核心筒結構體系。6層以上用作住宅，環(huán)繞圓形核筒設有15根走廊柱，目的是為了減小呈輻射狀平面布置的主梁的跨度，并相應減小層高，然而，在6層以下，這15根環(huán)狀布置的柱對商場的布置是不需要的，應予去除，這就構成了上、下層結構轉換的問題。 </p

15、><p>　　在設計中，采用了斜柱雙環(huán)轉換結構。將轉換層以上15根環(huán)狀平面布置的豎直柱，在兩層樓高范圍內，一律向核心筒方向轉折，最終予核心筒相交。魚油核心筒內設有電梯、樓梯、管道井、樓板，樓板開洞較多，這15根斜柱內力的水平分量主要由核心筒外的圓環(huán)形樓板來承受。在斜柱頂部的樓層梁板出現環(huán)向拉力，在斜柱底靠近核心筒的樓層梁板則出現環(huán)向壓力。于是，相應分別在斜柱頂與斜柱底設置了抗拉環(huán)梁與抗壓環(huán)梁，在設計中將環(huán)梁、樓板、斜

16、柱頂主環(huán)梁的中心置于同一水平面上。 </p><p>　　由于斜柱在其與豎柱相交處產生水平分力作用于樓層，對該水平力最好的處理辦法是設法在最短的傳力途徑上予以平衡消失。就這點來說，斜柱宜成對稱設置。但它對核心筒呈對稱環(huán)狀分布，在斜柱頂部的環(huán)向拉力及斜柱底部的環(huán)向壓力分別由抗拉環(huán)梁與抗壓環(huán)梁來承擔。斜柱穿越的層數最少是一層，也可根據需要穿越2～3層，增多穿越的層數可使斜柱對樓層的水平分力大為降低。 </p&g

17、t;<p><b>　　5結語 </b></p><p>　　由于帶轉換層的高層住宅設計并不完善，因此在結構設計中應注意以下問題：①轉換下部結構剛度要足夠大，在滿足建筑的施工功能下加抗震墻。②應是轉換層上部結構抗側剛度，接近下部結構抗側剛度，避免上下層發(fā)生剛度突變。③轉換樓板厚度不得小于180mm，足夠厚的樓板可傳遞水平力。④若底部轉換層位置越高，則轉換層上下剛度突變越大，轉換