现代高层建筑转换层功能分析与应用

文/ 任东超 邯郸建筑设计有限责任公司 河北邯郸 056002

现代高层建筑转换层功能分析与应用

文/ 任东超 邯郸建筑设计有限责任公司 河北邯郸 056002

现代不少高层建筑在某层的上部与下部由于其使用功能不同，致使该楼层上下部平面布局结构不同、受力情况不同。为使高层建筑在合理布局，满足使用功能的同时，保证其整体结构的稳固、可靠，则需要通过在该楼层设置转换层来实现。本文主要对高层建筑转换层的功能进行了分析，对其在现代高层建筑中的应用进行了探讨。

高层建筑；转换层；分析应用

随着我国城市化发展进程的加快，城市建筑结构、形式及功能也在不断发生改变，逐渐向建筑高层化、设计时尚化、功能综合化的方向发展。现代高层建筑不仅注重对城市空间的利用，向“上”发展，以及讲求时尚、美观设计的外，同时满足商业、居住、办公等多项使用功能也成为现代高层建筑的一大特点。尤其是在一些临街、临商业区的高层建筑，往往底层用来开设商场，中层为办公、会议用房，上部楼层布置住宅、旅馆，这种多功能的、不同用途的楼层则需要不同形式的空间布局，然而其空间布局需求正好与建筑结构布置要求是相反的。通过在高层建筑中设置转换层有效地解决了这方面的问题，转换层结构已成为现代高层建筑结构发展的一大趋势。

1、转换层结构的功能分析

从建筑的使用功能方面来看，多功能的高层建筑一般要求下部墙体尽量要少、柱网大，尽可能地扩大室内空间，使其自由灵活使用，以满足饭店、商场等公共设施大空间、大出口的功能需求；中部开间较小，以满足办公需求为主；上部则多为小开间公寓，满足居住需要。从建筑结构受力情况分析，由于高层建筑结构下部楼层要承受很大的竖向荷载，而上部楼层受力相对较小，从这方面来讲，其结构设计应该是下部墙体多、柱网密，由下而上，墙体数量逐渐减少，柱网扩大。这样就导致了建筑空间需求与结构布置正好相反的情况，为满足建筑功能需求，上部小开间，布置刚度大的剪力墙，下部大空间，布置刚度小的框架柱，使得建筑物“头重脚轻”，因此，必须在结构转换的楼层设置转换层。设置转换层可以将上部开间结构的竖向荷载传递至下部大开间的结构上，实现上下部结构竖向荷载的转换与过度，从而保证建筑物整体结构的稳固。

2、转换层结构的主要类型

2.1 上层剪力墙、下层柱的转化

在一些下部做为商场，上部为公寓的多功能建筑中，为增加底部空间的使用灵活性，常采用上部剪力墙，下部柱支撑的结构，这种结构要求荷载从上部剪力墙向下部柱进行转换，一般在剪力墙结构和框架—剪力墙结构中较为常用。剪力墙支撑在柱上形成框支剪力墙，这种结构上部抗侧刚度很大，下部柱子抗侧刚度则很小，上下部刚度相差过大，致使该结构在水平荷载作用下容易造成底部框架的变形和破坏，因此，底部大空间要求底部结构必须与落地剪力墙相结合。

2.2 上层柱到下层柱的转换

该种类型转换有两种情况，一种是上下柱在同一轴线上，另一种是不在同一轴线上。在束筒、框筒、筒中筒结构中，为了方便布置出入口或连通下部多层大空间，外框筒底必须减少柱子或加大柱距，将上部小柱距到下层大柱距的过渡就需要通过转换构件来实现了。有的柱子位置竖直一致、轴线相同、受力明确，转换构件也较为简单，注意需采用刚度较大的转换构件来承载下层大跨度较大的竖向荷载，避免刚度突变。如果上下柱不在同一轴线上，则需要根据具体情况来确定转换方式，高位转换应尽量选用较轻的转换构件。

2.3 结构轴线和结构形式同时转换

有些建筑不仅上下部布置不同，并且轴线也对不上，无法直接传力。对于这种结构类型，其结构和转换构件的设计都比较困难，可以采用后板转换构件或箱型转换构件进行力的间接传递。该种转换层本身与上下楼层会不可避免地存在刚度差，因此，必须要加强上下部结构的抗弯、抗剪能力，特别是对下部支撑构件的承载力和刚度要求很高，在建筑抗震结构中，应尽量此种类型的结构转换。

3、转换层构件的主要形式

3.1 梁式转换层

梁式转换层设计施工简单，受力明确，主要有两种布置形式，即沿横向或纵向的平行布置和满足纵、横向同时转换的双向梁布置。梁式转换层广泛应用于底部大空间剪力墙结构中，即使是在部分剪力墙落地的结构中，在底部几层剪力墙与框架的交界处也常采用大截面托梁来进行过渡。梁式转换层的不确定之处是当转换次梁较多，上下轴线不对齐时，空间受力情况较为复杂，在较大的水平荷载下，转换主梁易产生较大扭距，梁端易裂缝。

3.2 桁架式结构转换层

桁架式转换层由多榀桁架组成承重结构，其上下弦杆分别设在转换层的上下楼面结构中，具有对建筑使用功能影响，自重轻，抗抗剪力能力强的特点。对于多功能的高层建筑，一般要设置设备管道空间层，将桁架转换层根据上下柱网轴线位置进行设置，较好地解决了此类问题，使管道设置更为方便、灵活，充分满足建筑空间布局和功能要求；桁架转换层的间隙可选用一些较轻质的教材进行填充，有利于较轻结构自重；桁架式转换层对于需要高层转换的情况更为有利，当空腹桁架的竖向腹杆承受较大剪力时，将腹杆与型钢相配置，可以抵御较大的剪力。

3.3 箱型转换层

单向托梁、双向托梁与上下层厚楼板可以形成刚度较大的箱型转换层，箱型转换层结构完整，箱型转换层与上层剪力墙同处于一个整体结构中，相互间受力关系明确，具有较大的承载力和刚度。但由于箱型结构自身刚度较大，其底层或下部几层结构需要进行合理的布置，保持其一定的刚度，才能在抵抗水平力时避免产生较大的相对位移。该转换层常用于铁路工程中，在房屋结构中则使用很少。

3.4 板式转换层

对于一些商住一体的、体型复杂的建筑，由于其上部剪力墙布置较不规则，下部又要求规则大柱距，上下层既有柱网、轴线变化，又有结构类型改变的情况，难以布置桁架与转换梁，采用板式转换层成为一种较为理想的选择。其转换层为2m—3m厚的实心钢筋混凝土承重板，并且可根据上部结构变化在一些部位设置暗梁，保持结构受力稳定，特别适用于功能要求多、体型复杂的高层建筑。

[1]沈蒲生．高层建筑结构疑难释义[M]．中国建筑工业出版社,2006.

[2]陈忠范．高层建筑结构[M]．东南大学出版社,2008.

[3]黄瑛.带转换层高层结构综合楼设计[J].铁道标准设计,2005.