浅析高层建筑中转换结构设计

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1、浅析高层建筑中转换结构设计（中工武大设计研究有限公司，湖北，武汉，430072）　　　　【】由于房地产行业的发展，高层建筑越来越经常的出现在人们生活之中。本文就高层建筑的结构转换问题进行分析，并提出结构转换的原则。　　【关键词】框架转换结构；框支转换结构；设计原则　　　　随着我国经济的快速发展和城市建设的步伐加快，城市建筑，尤其是城市大型建筑的建设，促进了建筑设计的发展。在建筑结构设计方面取得了较大的进步。　　1框架结构与框支结构　　建筑结构是指在建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。在高层建筑结构设计中，经常

2、会遇到结构转换问题。结构转换分为对上部剪力墙的转换（一般称为框支转换）和对上部框架柱的转换（一般称为框架转换）。　　当转换构件承托的上部楼层竖向构件为剪力墙时，上部剪力墙被称为“支剪力墙”，相应的转换被称为框支转换。在框支转换中，转换会使上部剪力墙对竖向荷载的传力路径发生改变，而且还要将上部抗侧刚度较大的剪力墙转换为抗侧刚度相对较小的框支柱。根据转换位置和转换区域的大小，框支转换又可分为一般框支转换和局部框支转换。由于一般框支转换的转换层上下的侧向刚度比较大，容易形成结构软弱层和薄弱层，从而引起地震剪力的剧烈变化，对结构的抗震极为不利；而且转换部位受力比较复杂，比

3、如转换梁将会由于上部剪力墙产生的拱效应而受到拉力作用，因此应采取严格而有效的抗震措施。和一般框支转换不同，局部框支转换的框支剪力墙数量少，且楼面结构对转换层有较强的约束，此类转换一般不会产生明显的结构薄弱层效应。　　当转换构件承托的上部楼层竖向构件为框架柱时，相应的转换被称为框架转换。在框架转换中，转换虽然也改变了上部框架柱对竖向荷载的传力路径，但转换层上部和下部的框架刚度变化不明显。根据工程的具体情况，框架转换分为一般的框架转换和重要的框架转换两部分。一般框架转换结构应该具备下述性质：（1）转换梁的跨度较小（2）承受的竖向荷载较小（3）被转换的上部柱数量较少。（

4、4）周围楼板对转换构件约束较好（5）转换层在建筑底部以上区域。重要框架转换结构要具备以下性质：（1）转换梁的跨度较大（2）承受的竖向荷载较大（3）被转换的上部柱数量较多（4）周围楼板对转换构件约束较差（5）转换层在建筑底部区域。一般框架转换结构和重要转换结构在转换梁跨度、承受力、上部柱数量、约束性及区域方面具有相反的性质。另外，当被转换的框架柱非常重要时，也就是说在被转换的框架柱失效的情况下会导致结构的全部或局部倒塌，在这种情况下，框架转换也可确定为重要框架转换。　　2转换结构层的作用　　一般而言，当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大，或者下部楼

5、层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时，或者在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接贯通落地时，就必须在结构改变的楼层布置水平转换构件，即结构转换层。　　转换结构可根据其建筑功能和结构传力的需要，沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置，且自身的这个空间既可作为正常使用楼层，也可作为技术设备层。在进行布置时，要保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。对于那些底层空间大的多塔楼商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，为了避免中间出现刚度特别小的楼层，减低地震发生的危险，要加大屋面梁、板的尺寸和厚度。　　转换层结构既有有

6、利的一面，也存在不利的一面。转换层结构由于扩大了底部无柱空间，使建筑布局的灵活性大大增强，这使建筑物的功能有了更多选择，对于大型商场非常适合。从安全性方面来说，转换层结构通过水平转换结构把上部竖向荷载传递给下部竖向构件，使得竖向抗侧力构件不贯通，从根本上改变了传力途径，增强了建筑物的抗震性能。由于传力途径多次转换，受力复杂。竖向刚度和剪力在转换层发生突变，易形成薄弱部位。在偏心荷载作用下，转换梁还发生扭转效应。　　3转换层结构设计需遵循的原则　　结构设计是一项复杂的工作，在工作中要遵循一定的原则，以保证建筑物的施工质量。　　3.1减少转换。布置转换层上下主体竖向结

7、构时，要注意尽可能多的布置成上下主体竖向结构连续贯通，尤其是在核心筒框架结构中，核心筒宜尽量予以上下贯通。　　3.2尽量避免高位转换。根据建筑行业的实际调查结果显示，转换层位于3层以上时，易形成薄弱层，对抗震非常不利。原因是此时转换层间的位移角、剪力分配方式及传力路径都会发生很大的改变。另外，有些在高层建筑的部分框支剪力墙结构中，转换层的位置应该按照以下规定进行，7度区不宜超过第5层，8度区不宜超过第3层。转换层位置超过上述规定时，要组织专业研究人员对其进行研究并对可能出现的情况提前采取有效措施。在有些情况下，转换层可适度增加，比如，6度时其楼层可适当增加，还有底

8、部带转换层