转换层结构特点及新型转换层结构

郝胤棋

摘要：转换层根据设计形式的不同，可作正常使用层、设备层和非用层。转换层通常有桁架式、箱型、空腹桁架、梁式、厚板这几种。文章论述了转换层结构的分类、各类型的特点及

其应用、新型转换层结构等。

关键词：转换层；结构特点；新型转换层结构

中图分类号：TU318文献标识码： A

一、转换层结构特点分析

转换层可由建筑物高度方向任意布置，一般用在5～6层位置较多。转换层根据设计形式的不同，可作正常使用层、设备层和非用层。转换层通常有桁架式、箱型、空腹桁架、梁式、厚板这几种。

（一）梁式

这种转换层形式应用最为广泛，其设计施工都较为方便，受力明确，荷载传递直接，一般用于上下层轴线布置较为规则的情况。当需要纵横同时转换时，则采用双向梁布置。而对于框筒或筒中筒结构，由于外框筒一般柱距较密，在底部如口处，由于出人口的需要，有时把外筒的柱减少，这就需要在上下层交接处做一根转换大梁，把上面传下来的荷载传至下部大柱上。但梁式转换层不确定的地方在于，当上下轴线不对齐，转换次梁较多时，空间受力较复杂，在转换梁端易于出现裂缝，且转换主梁在水平荷载易产生较大扭矩。由于梁的抗扭强度很小，单向托梁对其上的框支撑在梁平面外的变形约束很小，容易造成上部结构在水平荷载作用下变形过大从而造成结构破坏。所以在工程中一般采用双向梁。

(二)箱式

当转换梁纵横交错形成密肋梁时，梁连同上下层厚楼板共同作用便形成箱式转换层。其优点是交叉梁系整体性好，上下传力较为均匀，克服了单向托梁的那种抗扭强度低的缺点，而且一般来说，中间层还可使用。缺点是箱形转换层的质量跟刚度都太大，地震反应激烈，在地震荷载作用下邻层破坏较为严重，而且施工复杂，难度较高。由于开洞多，所以通常仅用于

设备层。箱形转换层在铁路工程中是常见的结构形式，用于房屋结构则较少，深圳荔景大厦采用了箱形转换层。

(三)桁架式(空腹桁架式转换层)

对于下部是商场需要大净空面积，上部是住宅为小空间布局的高层建筑，一般要设管道设备层，而根据上下柱网的轴线位置而设置桁架转换层则可巧妙地解决此问题。桁架上部的墙

或柱通过珩架传给下部的墙或柱，管道则可以利用桁架间的空间穿行，做到各取所需，两全其美。

(四)厚板式

对于上下柱网轴线错位较多，梁式转换层难以使用时，可用厚板式转换层。厚板的厚度很大，且抗剪截面很大，形成一个大刚度的承台。在厚板转换层内设置暗梁，能承受上部结构传来的集中荷载并均匀传给下部结构，所以厚板转换层的下层柱网可以灵活布置，无须与上面的柱网对齐，所以给上下的结构布置带来很大的方便。厚板式转换层在解决建筑功能与建筑结构的矛盾方面有其自身的优势，它可以使高层建筑在转换层上下的墙、柱轴线不受任何限制，因而可以合理地布置构件，改善整体结构的受力情况。它特别适用于体型复杂、功能繁多的结，能够更为灵活地实现建筑物的功能，真正体现高层建筑的优势。这是其他形式的转换层结构所不能比拟的，因此国内外用厚板转换层的工程实例不在少数。厚板的板厚可根据柱网尺寸和上部结构的荷载综合确定。此外，厚板转换层施工极为方便。但也有如下几个缺点： (1)厚板转换层体系自重大；(2)材料消耗大，经济性差； (3)厚板的刚度和质量都很大，地震反应大，上下邻层振动破坏大。因此工程中除非别无他法，否则一般不采用厚板转换层。

(五)巨型框架式

当任意需要敞开空间或改变柱列布置时，还可以在结构的一处或多处布置转换层。转换层可以分段布置，形成大框架套小框架的巨型框架结构，可间隔布置，也可拖挂相兼。

二、新型转换层结构

(一)预应力拱式转换层结构

竖向荷载作用下拱式转换层结构受力性能表明上、下弦杆截面的设计应考虑轴力的影响，必须适当地控制上、下弦杆的线刚度比。上下弦杆线刚度比应该有一个合适的比例，由于下弦杆存在较大的拉力，因此可在下弦杆施加预应力，形成预应力拱式转换层结构，斜腹杆轴压力较大，可采用钢管混凝上，以改善该构件的受力性能，另外还必须适当地控制拱高跨比。经分析，拱高跨比取值范围为一，较为合理。拱式转换层小震作用下的弹性反应表明结构的绝对位移和层问位移角在转换层处发生突变，等效侧向刚度比对两者影响较大。楼层剪力在转换层处会发生突变，等效侧向刚度比偏离较远时，地震作用突变较剧烈。等效侧向刚度比为一较合适。拱式转换层可以争取较大的建筑空间，钢筋及混凝土等材料用量明显少于梁式转换层，故拱式转换层结构优于梁式转换层。

(二)搭接柱转换结构

当框架一核心筒结构外围框架柱网错开时，若采用梁式转换结构，楼板受力较小，转换梁承受很大的内力(弯矩和剪力)，将造成转换梁截面大，用钢量大，施工复杂，同时转换层可利用空间较少。此外，由于转换梁刚度大、自重大，转换层附近刚度和质量分布不均匀，当转换层为高位转换时，对抗震尤为不利。采用搭接柱作为转换构件，混凝土用量较少、造价低、自重小，转换层本层建筑空间可充分利用，上、下层刚度突变较小，外围框架柱的轴力较小。搭接柱转换结构的工作原理：搭接柱转换结构在重力荷载作用下的安全度和可靠度，主要取决于搭接块相连楼盖梁板的承载能力和轴向剐度的控制。楼盖梁板的承载能力和轴向刚度得到控制和满足，重力荷载作用下，次内力(柱、梁、板、墙的弯矩、剪力)及搭接柱变形就能受到控制，整个搭接柱转换结构就能正常工作。搭接块相连楼盖梁板承载能力和轴向刚度控制是搭接柱转换结构重力荷载作用下正常工作的关键技术。

(三)错列桁架式

这种结构可使高层建筑在每层都有两个柱距的无间隔空间，而楼板的跨距仅为一个柱距。楼板系统在每个开问上可以一边支承在一个桁架上弦上，另一边则吊挂在其相邻桁架的下弦。当然，缺点也是明显的，就是形成 L层楼的结构跟建筑都不规整，还有竖向荷载转换效果比不上别的转换结构形式。错位转换层整体位置的竖向移动对结构整体剪力、上部转换层下承托墙肢内力、上部转换层框支剪力墙内力影响不大，但对落地剪力墙、上部转换层下框支柱和下部转换层梁托柱内力有较大影响。错列桁架式虽不常见，但这种复杂的转换层结构在工程中已有实例。

(四)组合转换层

高层建筑常采用框筒结构或框筒与其他结构组成的混合结构。当采用外框筒时，外筒一般在3m以内，无法在底部为高层建筑提供大人口，同时为了建筑立面的需要而抽去外框架的柱子，形成底部大柱距的简体结构。在抗震设计中，内框筒跟外框柱都要承担较大的地震剪力和倾覆力矩，承力构件如果不连续，就会出现抗震薄弱环节，因此要设转换层，并加大底层柱面积。外框筒的转换层可采用转换梁、转换桁架、桁架拱等。

参考文献

1.区王生．带转换层高层建筑结构的静力及动力计算方法的研究【D】中国优秀硕士学位论文全文数据库。2004，(8)．

2.梁炯丰．拱式转换层结构弹性性能研究【D中国优秀硕士学位论文全文数据库，2007，(6)