1、文獻綜述摘要：通過研讀帶轉換層的高層建筑的相關內容，對其特點、類型、發(fā)展趨勢作出概述和總結。關鍵字：高層建筑、轉換層、類型、發(fā)展前言：隨著人類文明的不斷發(fā)展和進步，建筑的形態(tài)越來越趨于多樣化。人們對于建筑的需求形式也不斷發(fā)生改變。層數多、高度大、功能多和平、立面布置復雜、結構體系多樣化成為對建筑的主流要求。下部作為商鋪中層用作辦公用房上部成為住宅或者賓館的諸如此類的多功能建筑形式受到人們的青睞。此時，結構必須進行特殊設計。在上部布置剛度大的剪力墻，下部布置剛度小的框架柱，它們之間設置水平轉換構件形成轉換層結構。因此帶轉換層的高層建筑形式成為一個新的建筑研究方向，需要不斷的突破與完善。一：轉換層
2、的定義和功能 因建筑物功能的需要，上部需要小開間的軸線布置，需要較多的墻體；下部則希望有盡可能大的空間，柱網要大，墻體要盡量少。因而，上部部分豎向桿件不能直接連續(xù)貫通落地。而通過水平轉換結構與下部豎向桿件連接，這樣構成的高層建筑稱為帶轉換層的高層建筑結構。轉換層主要實現(xiàn)以下功能： (1)上、下層結構類型轉換轉換層將上部剪力墻轉換為下部的框架。這種轉換層多用于剪力墻和框架一剪力墻結構中，以獲得較大的內部自由空間。(2)上、下層結構柱網和軸線的改變轉換層上、下的結構形式未改變，通過轉換層能使下部結構的柱距擴大，形成大柱網。這種形式常用于外框筒的下層以形成較大的出人口。（3)同時轉換上、下層結構類型
3、和柱網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線錯開，形成上、下柱網不對齊的布置轉換層上下結構的轉換類型 二、轉換層實現(xiàn)上下結構的轉化大致有以下三種類型。2.1 上下層結構類型的改變，如轉換層以下為框架、框架-剪力墻或框架-筒體等結構形式，轉換層以上為剪力墻、剪力墻-筒體等結構形式。2.2 上下層柱網、軸線的改變，轉換層的上下層結構形式不變，僅柱網、軸線有所變化，常用于筒體結構建筑中。2.3 上下層不僅結構類型有所改變，而且柱網、軸線也有所改變，常用于上下層功能變化較大或較復雜的建筑物。三：轉換層的結構形式由于轉換層上下結構的轉換有多種形式，所以轉換層本身也
4、有多種形式。3.1 梁式結構的轉化層。梁式結構的轉化層一般在轉換層的樓面設置縱橫交錯的鋼筋砼承重大梁。為適應上部荷載的需要，梁的截面尺寸比較大，常用的尺寸有1000mm2000mm，1200mm250mm，1500mm3000mm等。3.2 桁架式結構的轉換層。桁架式結構的轉換層是有梁式結構的轉化層變化而來的，整個轉換層由多榀鋼筋混凝土桁架組成承重結構，桁架的上下弦桿分別設在轉換層的上下樓面的結構層內，層間設有腹桿。由于桁架高度較高，所以上下弦的截面尺寸相對較小。3.3 箱式結構的轉換層。箱式結構的轉換層實際上也是有梁式結構的轉化層變化而來的。有縱橫交錯的雙向主次梁連同上下層樓面的樓板結構以及
5、四周墻壁構成全封閉的箱式結構轉換層，整個轉換層就像一只大箱子，當然四周也可以適當開洞。3.4 板式結構（厚板）的轉換層。板式結構的轉換層通常適用于上下層既有結構類型的改變，又有柱網、軸線的變化整個轉換層是一塊厚達2.0-3.0m的實心鋼筋混凝土承重板。有的板式轉換層中在一定的部位也設置暗梁，以滿足上部結構的變化要求。四：轉換層結構形式的結構特點及其設計方法4.1梁式轉換層結構該結構形式是目前高層建筑中實現(xiàn)垂直轉換最常用的結構形式，由于其傳力途徑采用墻(柱)轉換梁柱(墻)的形式，具有傳力直接、明確和清楚的優(yōu)點，便于工程計算、分析和設計，且造價較節(jié)省。所以梁式轉換層結構在實際工程中應用較廣。實際工
6、程中轉換梁的結構形式有多種多樣，從轉換梁功能上，可分為托墻和托柱；從轉換梁形式上，可分為加腋和不加腋；從轉換梁結構采用材料上，又可分為鋼筋混凝土、預應力混凝土、鋼骨混凝土和鋼結構等。轉換梁設計方法的選擇與其受力性能和轉換層的形式有關，現(xiàn)簡述如下： （1）托柱形式轉換梁截面設計 當轉換梁承托上部普通框架時，在轉換梁常用截面尺寸范圍內，轉換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設計方法進行配筋計算；當轉換梁承托上部斜桿框架時，轉換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構件進行截面設計。 （2）托墻形式轉換梁截面設計 當轉換梁承托上部墻體滿跨不開洞時，轉換梁與上部墻體共同工作，其受力特征與破壞形態(tài)表現(xiàn)
7、為深梁，此時轉換梁截面設計方法宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，且計算出的縱向鋼筋應沿全梁高適當分布配置。由于此時轉換梁跨中較大范圍內的內力比較大，故底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸人支座。當轉換梁承托上部墻體滿跨且開較多門窗洞或不滿跨但剪力墻的長度較大時，轉換梁截面設計方法也宜采用深梁截面設計方法或應力截面設計方法，縱向鋼筋的布置則沿梁下部適當分布配置，且底部縱向鋼筋不宜截斷和彎起，應全部伸入支座。當轉換梁承托上部墻體為小墻肢時，轉換梁基本上可按普通梁的截面設計方法進行配筋計算，縱向鋼筋可按普通梁集中布置在轉換梁的底部。轉換梁的結構形式有很多種，目前高層建筑轉換層結構的實際工程應
8、用也很多。一般而言，高層建筑轉換層結構的分析必須按施工模擬，使用各階段及施工實際支撐情況分別進行計算，以反映結構內力和變形的真實情況。施工過程中的力學問題應引起設計人員和施工人員的高度重視。 4.2桁架式轉換結構 該結構形式是由梁式結構轉換層變化而來的，整個轉換層由多榀鋼筋混凝土桁架組成承重結構，桁架的上下弦桿分別設在轉換層的上下樓面的結構層內，層間設有腹桿。由于桁架高度較高，所以下弦桿的截面尺寸相對較小。桁架分為空腹桁架和實腹桁架2種，它可以是鋼桁架，也可以是鋼筋混凝土桁架，在鋼筋混凝土高層結構中常用鋼筋混凝土桁架。 “強斜腹桿，強節(jié)點”是桁架轉換層的基本設計原則，而節(jié)點的受力復雜，容易發(fā)生
9、剪切破壞，造成配筋過多。桁架轉換式通常要求高度在3m以上，否則斜壓桿件易形成超短柱，地震作用下容易產生脆性破壞。桁架式轉換結構設計方法簡述如下： 桁架式轉換結構可以采用ANSYS和TAT來進行整體結構的內力分析，除應滿足結構整體的位移、變形、抗傾覆、周期等要求外，還應滿足(JGJ32002)高層建筑混凝土結構技術規(guī)程中附錄E中規(guī)定的轉換層上下結構側向剛度比的要求。 相對其他結構形式轉換層而言，桁架轉換層比梁式轉換層和厚轉換層在受力上更加合理，在轉換層位置受到的剪力和彎矩就比較小，有利于構件截面尺寸的控制，不會造成很大的剛度集中。在地震作用下，不會造成應力的集中，有利于結構抗震。其次在桁架轉換層
10、上部的結構所受到的剪力和彎矩相對其他的轉換層結構來說也較小，其受力受下部轉換層的影響較小，比較合理。由于桁架轉換層的重量相對其他轉換層的重量要小，從而減小了下部框架柱的抗壓負荷。 4.3箱型轉換結構 該結構形式即單向托梁、雙向托梁如果連同上下層較厚的樓板共同工作，可以形成剛度很大的箱形轉換層。它的優(yōu)點是轉換層本身的整體性很好，當轉換層上部結構布置較復雜時，仍能夠保證上下豎向構件的有效傳力。但從建筑上來看，它直接占用了整個樓層的使用面積，使得該樓層通常只能作為設備層使用。同時，轉換層內部的剪力墻與設備布置、管線布置常常發(fā)生沖突。其缺點是自重大、造價高等。從結構分析角度考慮，其內力分析復雜、結構設
11、計及施工難度都較大，因此在實際工程中應用較少。 4.4厚板式轉換結構厚板轉換層一方面給上部結構的布置帶來方便,另一方面也使板的傳力途徑變得不清楚,因而受力也非常復雜,結構計算困難,采用有限元法計算時,計算結果繁冗,給厚板配筋帶來不便,而從受力角度考慮,往往需要在柱與柱,柱與墻之間配筋加強,相當于設置暗梁,增加配筋量。厚板轉換層雖然是一種不常用的轉換層但是其他層可以使建筑物上下部的墻、柱軸線不受任何限制,從而更好地實現(xiàn)對高層建筑多功能的要求。但從結構上講,這是一種對抗震不利的復雜結構體系,厚板的重量達數千噸以至上萬噸,這樣大的質量集中在建筑物的中部,振動性能極為復雜;加之該層剛度非常大,下層剛度
12、又很小,容易產生底部變形集中和震害。五：國內外帶轉換層高層建筑現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 我國在轉換層結構方面的研究以及實際工程的應用始于20世紀70年代中期，主要進行了有限元分析研究以及一些實際工程的經驗總結。通過這些研究和總結，對轉換梁的受力特征有了較為全面的認識，獲得了可靠的設計依據，并作為一種特殊的結構體系反映在規(guī)范中。從70年代中期到現(xiàn)在近30年的時間里，轉換層結構發(fā)展迅速，結構類型也日漸多樣化。其中，梁式轉換層由于其受力、設計以及施工方面的優(yōu)勢，在工程中的應用廣泛。當前高層建筑中的轉換構件的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。 5.1鋼骨混凝土(型鋼混凝土)在轉換層結構中的應用 由于建筑物的高度
13、越來越高，相應轉換層結構中轉換構件承托的層數也越來越多，同時，建筑功能上對高層及空間的諸多限制，使得鋼骨混凝土材料的引入勢在必行。鋼骨混凝土梁不僅承載能力高，剛度好，可大大減小截面尺寸，而且塑性、耐久性和抗震性能也優(yōu)于鋼筋混凝土梁。此外，鋼骨混凝土在施工階段其自身剛度好，定位準確，可減少支模，加快施工速度。目前國外采用較多。 5.2預應力技術在轉換層結構中的應用 采用預應力技術可帶來許多結構和施工上的好處，如減小構件截面尺寸、控制裂縫和撓度，控制施工階段的裂縫及減輕支撐負擔等。因此，預應力混凝土結構非常適合建造承受重荷載、大跨度的轉換結構和懸挑構件，且有自重輕、節(jié)省鋼材和混凝土的優(yōu)點。隨著我國
14、預應力技術的發(fā)展，預應力材料及施工費用的不斷下降，即使用材料等強度代換的概念從經濟上來比較預應力混凝土結構和鋼筋混凝土結構，許多情況下后者并不比前者經濟。因此，近年來我國高層建筑結構中轉換構件、懸挑構件等采用預應力技術的情況越來越多。 5.3新型轉換層結構的應用 搭接柱轉換、斜柱轉換、寬扁梁轉換等新型轉換層結構形式在高層建筑結構中得到應用。 框架一核心筒結構外圍框架柱上、下不連續(xù)時，需要設置轉換結構加以過渡。實際結構中除常用轉換梁、轉換桁架、斜撐等等轉換結構形式外，也可以采用搭接柱等轉換形式。搭接轉換柱是一種新型轉換結構，在立面收進變化的高層建筑中具有十分廣闊的應用前景。馬來西亞吉隆坡石油大廈
15、雙塔、上海金茂大廈均采用了此種轉換結構。高層建筑上部立面收進時需要設置轉換構件，上下層柱不在同一軸線上，且往往是高位轉換，轉換構件布置比較復雜，要根據結構布置的具體情況采用不同的轉換方式和轉換構件，其中常用的是斜柱轉換構件。斜柱轉換是桁架轉換的一種特殊形式，武漢世界貿易大廈、成都南洋大廈均采用了此種轉換形式。 寬扁梁轉換結構有利于減小結構高度所占的空間，減小樓板厚度，有利于實現(xiàn)強柱弱梁、強剪弱彎，具有明顯的綜合技術經濟效益。工程實際中控制寬扁梁跨高比L/b10，寬高比6bhb125。深圳黃崗花園、深圳五洲賓館均采用了此種轉換形式。六：結語 一種高層、大空間、多功能的建筑形式正在蓬勃發(fā)展。隨著科技的進步，帶轉換層的高層建筑逐漸被廣泛使用。更高、更大、更強成為對于高層建筑的新需求。
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