结构转换层在高层建筑中的研究与应用

    芦彬

    摘要 时代发展与社会的进步支持着我国建筑行业不断发展，在发展过程中高层建筑的数量越来越多。本文主要对高层建筑中的转换层的应用展开研究。

    关键词 高层建筑;转换层;应用

    引言：在我国高层建筑发展的初期，大多数高层建筑都是单用途设计和建造的，如高层住宅、办公楼等，通过上下结合各类功能性建筑单元，给人们良好的居住和工作条件，适应现代社会高效、快速生活的需要，集中紧凑的建筑设计，可以实现建筑面积的最大利用;相应的集中紧凑的管理促进了建筑投资和能耗的节约，也促进了土地管理。

    一、高层建筑结构的特点

    高层建筑水平荷载对施工高度影响很大。水平移动是施工管理的主要目标之一，高度越高。因此，水平荷载（包括由风和地震引起的荷载）所占的比例越大，水平荷载所占的比例就越大。这是决定库存结构、材料消耗和成本的关键因素。这主要是由于快速增长的横向运动和内部力量，增加了高度。 世界经济的快速发展，快速增长人口以及城市用地的需求越来越少，城市建设不得不向高空发展。新的设备和技术使人们能够在更高的水平上生活和工作，这体现在国家或城市的高层建筑技术，以及降低市政建设投资的效益，用垂直交通代替水平交通，减轻城市交通负担。

    二、高层建筑结构转换形式的设计需要

    城市建设的逐步发展，高层建筑的多功能发展是高层建筑的趋势，由于建筑功能和要求的不同，对建筑结构和位置提出了不同的要求。商业要求、娱乐设施主要位于建筑物的底层，住宅和其他房屋通常位于建筑物的地上方，其覆蓋范围和群体网络不应太大，以适应这种结构变化和建筑物的变化。

    三、在高层建筑的设计原则

    1、亲近性原则

    考虑到建筑物本身的规模，高层建筑的设计和建造理念离得较远。在以人为中心的建筑方面，亲近性必须是建造高层建筑的基本先决条件，必须充分考虑到人民对高层建筑的需要。现代尺度将视觉感知作为第一，实际上，完全感知的高层建筑的理解，基于人类情感。根据美学要求，尺寸应与大多数的尺度因素相联系，在相应的细节中，如楼梯，窗户，阳台，柱子，装饰等尺寸。

    2、协调性原则

    建筑的总面积，包括高层建筑的各部分，如主楼、上层建筑等部门的相对尺寸匹配等，都应考虑在内。重视高层建筑的协调性。

    3、实用性原则

    这座建筑物具有上层和许多居民的特点。因此，诸如建筑物的稳定性、抗震性、耐火性、各种电气设备的安装等实际问题，在建筑设计中应考虑空间位置，对于建筑物的楼梯和总体分类的合理程度，只有依据实用科学的原则，才能使整个高层建筑得到发展效益。

    4、环保性原则

    在高层建筑的设计和规划中，也要注意节能环保的应用要素，一方面要优先考虑地域结构的物理和地理环境，如交通便利等，通过节能建筑的设计和设计，合理利用太阳能电池板等先进环保技术，建立高水平的节能体系，一方面创造低成本、能源需求、舒适的居住环境和利用外层空间还应包括节能和环保;占领高层建筑中最合理的建筑空间

    5、整体性原则

    要注意高层建筑与城市环境的整体性，要注意环境维度的恰当实施，环境维度包括考虑高层所在城市的地理位置、城市规模、街道环境、要求等在建筑的轮廓等方面，必须根据具体的环境份额，建造高层建筑。

    四、转换层的四种主要结构

    设计和施工简单，受力和经济性清楚使梁式转换层被用于约80%的高层建筑中当需要同时进行垂直和水平转移时，通常接受双向圆形;板式转换层，当顶墙复杂时，顶墙和底墙要另外拆除，用发射梁的设计很难直接维护，但梁体受力复杂，需要板厚的结构，不受结构网络的限制。缺点是结构件本身就很重要，结构强度高，材料消耗高，不暴露;箱形转换层，上下两层厚度较大且与中梁共同工作的地方，对于上下结构形式的转换，柱的方形尺寸的延长和轴的位移;桁架式转换层，当下面的柱子面积较大时，转换的横截面也较大，经常达到整个楼层的高度。如果没有孔，楼盖不能使用，目前可以采用桁架式转换层，但结构和施工复杂，特别是节点。

    五、转换层的特点

    在转换结构中最常使用的是梁式转换层，具有结构合理、受力容易、策划容易、传递能力强等益处。梁式转换层被广泛应用于商场及酒店、住宅高层的顶部。当然，他也存在一些问题。由于底部空间较大，传输距离非常大，要求梁具有较强的弯曲和折减能力强。这只能通过增加传输梁的横向部分来实现，从而对建筑物的外观产生一定的影响。另外，当重量增加时，容易形成上下刚度的突变，这对抗震非常不利。

    与梁式转换层相比，桁架式转换层具有更清晰的受力状态，应用楼层结构进行管道的转换施工可以安全进行，但在节点的施工中桁架式转换层结构的设计和施工比较困难，这在建筑技术中并不常用。高度超过3m的转换层，应用桁架式转换结构较为合适。

    箱式转换层的设计是将转换层的两层楼加厚后连接到一个实腹杆上。箱式转换层的面内刚度高，其重量介于厚板和厚板之间。这种结构可以承受网络上下柱变化较大，建筑布局非常灵活的情况。但缺点是上下柱刚度大，施工难度大，造价高。

    板式转换的优点是结构和网格能够满足墙体层的需要。在一个非常复杂的建筑中，厚板的使用会产生很好的效果。厚板转换的缺陷是一个复杂的荷载，所以很难确定能量的传递方式，板本身是有限的，如果是这样，很难保证建筑物的抗震性能，所以在设计和施工中要慎重选择这样。

    六、结语

    转换层结构是一种新型的结构形式，它的出现促进了建筑及其结构体系的发展，为科学建设做出了重大贡献。合理的结构水平和竖向定位，可以构成一个良好的整体抗震体系，保证建筑的安全性和经济性。

    随着时间的推移，未来高层建筑的结构将越来越复杂，但随着我们研究和试验水平的提高，它将能够及时应对变化，但对动力特性和地震指标的持续研究仍然不足，楼层需要多样化，结构和结构需要完成。经过不断的努力，这绝对是设计与施工的完美结合。

    参考文献：

    [1]唐兴荣，何若全高层建筑中转换层结构的现状和发展[J]苏州城建环保学院学报，2001，（9）

    [2]鲁瑛.竖向荷载作用下钢筋混凝土斜拄一薄壁柱局部转换节点研究[D]重庆大学，2003.

    [3]唐兴荣.多、高层建筑中预应力混凝土转换层结构的试验研究和理论分析[D]东南大学，1998

    [4]徐承强，李树昌.高层建筑结构厚板转换层结构设计[J]建筑结构，2003.（2）.