高层建筑中常用转换层的研究应用及发展
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇高层建筑中常用转换层的研究应用及发展范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：系统地阐述了高层建筑结构转换层常用的结构形式，总结了梁式转换、桁架式转换及板式转换结构的研究现状，并探讨了转换结构的未来发展趋势。
关键词：高层建筑；转换层
中图分类号：TU375.1 文献标识码：A
The Current Situation of The Development and The Research of Transfer Story of The High-rise Building
Han Tong-ping1，Meng Ling-xing2
(1.WorleyParsons China,Beijing,100016,China;2.Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Corp.LTD. Jinan, Shandong Province,250013,China)
Abstract: The commonforms of structure of transfer story of the High-rise building was systematically expounded. The current research situation ofbeam-shaped transfer structure、Truss type conversion andslab transfer structure were summarized. The future development of the transferstructure was investigated also.
Key words: high-rise Building ;transfer story;
近年来，现代高层建筑正向着体型复杂、功能多样、造型新颖的方向发展。为满足人们对建筑物不同使用功能的需要，一幢建筑的上部楼层往往布置旅馆、住宅，中部楼层作为写字楼等办公用房，下部楼层布置商店、文化娱乐设施等。
从建筑功能上看，上部楼层需要小开间的轴线布置和较多的墙体以满足旅馆和住宅的功能要求；中部写字楼需要中等大小的室内空间，可以在柱网中布置一定数量的墙体来实现；下部楼层较大的空间要求大柱网，以满足商业（商场）空间的需求。
从结构受力来看，由于高层建筑的下部楼层受力较大，上部楼层受力较小，正常的结构布置应该是下部刚度大，墙体多、柱网密，上部柱网渐渐增大。这样，结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反。
因此，为适应建筑功能的变化，就必须在结构转换的楼层设置水平转换构件，即转换层结构。
1 转换层结构的分类和主要形式
1.1 转换层结构的分类
从结构功能的角度看，转换层的用途主要有：
（1）上层和下层结构类型的转换。这种转换层主要应用于剪力墙结构和框架—剪力墙结构，它将上部剪力墙转换为下部框架，以实现较大内部空间的转换。
（2）上层和下层柱网、轴线的改变。转换层上、下的结构形式没有发生变化，但是通过转换层使下部结构柱距扩大，形成大柱网。
（3）同时转换结构形式和结构轴线布置。上部楼层剪力墙结构转换为框架的同时，柱网轴线与上部楼层的轴线有偏心，形成上下部结构的错位布置。
1.2 转换层结构的主要形式
在工程中应用的转换层主要结构形式有：
（1）梁式转换
梁式转换层具有传力直接、明确、受力性能好、构造简单和施工方便等优点，一般用于底部大空间剪力墙结构体系中，是目前应用最多的一种转换层结构形式。
转换梁可沿纵向或横向平行布置；当需要纵、横向同时转换时，可采用双向梁的布置。它是我国使用最广泛的转换层结构，其比例占到转换层结构的85%。
梁式转换层结构的传力途径为墙梁柱，传力直接，便于分析计算。梁式转换层一般在转换层的楼面设置钢筋混凝土承重大梁，以支撑其上部结构，为适应上部荷载的需要，梁的截面尺寸较大。
（2）桁架转换
在转换层结构中，转换层的跨度往往较大，承托层数较多，荷载较为集中，且常常该层布置设备和管道层，需要布置管道和承担设备的集中荷载，为了满足荷载均匀传递和管道穿管走向，采用桁架式转换层是一种有效的转换层方式。
（3）厚板转换
转换层上、下间柱网轴线错开较多、难以用梁直接承托时，则可在该转换层做成厚板，形成厚板式转换层。使板式转换层的上、下柱网可以灵活布置，但施工简单，但重量大，材料耗费较多。
（4）其他结构形式转换
箱形转换、斜柱转换、巨型结构转换拱式转换等。
2 梁式转换层的研究现状
梁式转换层在实际工程中运用的最多。从材料分类，可分为钢筋混凝土转换梁、型钢混凝土转换梁、预应力钢筋混凝土转换梁；从转换梁所支撑构件的不同，可分为框支墙转换梁、框支柱转换梁。本文仅就钢筋混凝土转换梁的研究现状加以阐述。
2.1钢筋混凝土转换梁力学性能
高层建筑梁式转换层结构中,转换梁承托上部剪力墙或柱, 转换梁受力复杂，且受力很大, 是结构安全的关键构件。转换梁截面高度在抗震设计时不应小于跨度的1/6，属短梁或深梁（也称深受弯构件）。钢筋混凝土转换梁承受的剪力较大，是主要的控制因素。
2.2 钢筋混凝土转换梁抗扭性能
当上部墙体对转换梁有偏心，或托住转换梁、或转换梁承托上部的各墙肢不在同一平面内时，转换梁将出现受扭，规程规范规定，在转换层建议设置承担正交方向的楼面梁或框架梁，避免转换梁承受过大的扭矩作用。
2.3 转换梁及上部框支墙开洞要求
由于使用功能和设备布置的要求，转换梁所支撑的墙体大多需要开洞口（门、窗），有时转换梁因管道通过需要开洞。因转换梁承受较大的剪力，转换梁上开洞对转换梁的受力造成很大的影响，因此规程规范对梁上开洞进行了限制，并规定梁上洞口避开转换梁端部。
框支梁上墙体开有边门洞时，往往形成小墙肢，小墙肢应力集中尤为突出，此时，边门洞墙边部位对应的框支梁承担的剪力也突变，应注意进行抗剪加强。
2.4 钢筋混凝土转换梁的竖向位置设置及上、下刚度比对整体结构抗震性能的影响
转换层设置在规范中形成了竖向不规则结构，且在不同的部位，对混凝土整体结构的刚度又有不同的影响。设置高位转换对结构抗震及其不利。
对当转换层设置在第一、二层时，可近似采用转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比表示上、下结构刚度的变化，二者的比值宜接近1。当转换层设置在第二层以上时，二者的比值不应小于0.6。对设置在3层及3层以上时，其底部框支柱、落地剪力墙的底部加强部位的抗震等级宜提高一级，进行抗震构造措施。
3 桁架式转换层的研究现状
高层建筑中的转换层中，转换梁的截面较大，当转换层布置为管道设备层时，常常影响管道的布置，但当是采用桁架转换可以比梁式转换减少局部质量集中，利于构件内力的平稳过渡，利于管道的穿越和布置。
转换层的形式对结构的总体刚度影响不是很大。由于转换层的设置使其附近楼层的刚度和剪力有较大的突变，但桁架转换中斜撑的存在，转换层本身的刚度有较大的突变。而梁式转换的柱端最大剪力出现在转换层的上一层。结构的顶层位移和层间相对位移受转换形式的一定影响，梁式转换层对结构位移控制效果不如桁架转换层的明显。
4 板式转换层的研究现状
研究表明，在转换层中，楼板是重要的传力构件，特别是不落地剪力墙的剪力需要通过转换层的楼板传递到落地的剪力墙上。有时，当上部剪力墙布置复杂，为满足功能要求，使剪力墙上、下轴线布置无法对齐，错位较多，用桁架式或梁式结构不易实现直接转化时，常采用厚板式转换结构。但由于厚板式转换质量大，刚度集中，地震剪力大。我国规范只建议在非抗震设计和6 度抗震设计时可采用厚板式转换，7，8 度区抗震设计的地下室处转换构件采用厚板。
5 转换层结构的发展趋势
5.1 钢骨混凝土转换层的应用
随着城市的发展,对高层建筑要求有多用途, 相应的转换层结构中转换构件承托的层数也增多, 同时, 由于使用功能对层高及空间的要求和限制, 使得工程应用中钢骨混凝土材料的成为一种趋势。钢骨混凝土梁不仅承载力高, 刚度好, 大大减小截面尺寸, 且耐久性、塑性、抗震性能也优于钢筋混凝土梁。此外钢骨混凝土梁在施工阶段其自身刚度好, 定位准确, 可减少支模, 加快施工速度。但目前, 国内还较少采用钢骨混凝土转换构件, 但国外采用则较多。钢骨混凝土转换层是一种值得推广的转换结构构件。
5.2 预应力转换层的应用
采用预应力技术可带来许多结构和施工上的优点, 如减小截面尺寸、控制裂缝和挠度, 控制施工阶段的裂缝及减轻支撑负担等等。因此, 预应力混凝土结构非常适合于建造承重荷载的大跨度转换层, 且自重轻, 节省钢材和混凝土。近几年来我国高层建筑转换层结构中采用预应力技术的情况越来越多, 大多数转换层结构形式有成功地采用预应力技术的例子, 因此，在转换层结构中采用预应力技术是转换层结构发展趋势之一。
5.3 新型转换层的应用
随着人们对建筑功能和使用要求的提高，同一个高层建筑中可能有多个转换层结构，采取所谓的“多重转换结构”；且每个转换层的面积、布置位置也可能不一样，即所谓的“错位转换结构”；当人们为追求建筑物外观效果时，有时转换结构需向外悬挑，形成“悬挑转换结构”，有时采用大悬臂来吊住下面的楼层，形成“悬挑转换结构”。
综上所述，高层建筑中的转换层是结构中的重要的构件，设计时要综合考虑结构的转换层的结构形式，布置层高，施工特点等，在工程设计时要考虑到整体结构的周期，转换层相邻层构件刚度、内力分布，转换层本身的剪力和弯距分布以及施工难易等方面。使高层结构既要满足建筑功能的需要，又要满足规程规范构造措施的要求，满足经济、效益和生态环境的统一结合。
参考文献：
[1] 赵西安.钢筋混凝土高层建筑结构设计(第二版).北京:中国建筑工业出版社.
[2] 《混凝土姐欧股设计规范》 GB 50010.
[3] 《建筑抗震设计规范》 GB 50011.