吴大伟

（广州南方建筑设计研究院　广东　广州　510640）

探讨高层建筑转换层结构设计抗震

吴大伟

（广州南方建筑设计研究院广东广州510640）

随着社会的进步，经济与科技的飞速发展，在时代发展的潮流之中，越来越多的高楼大厦逐渐形成，这些高层建筑的落成在与时俱进的今天，同样也引进了很多先进的科学技术和科学理念，高层建筑的发展方向指向了多功能化和智能化。在建筑工程中，高位转换层的结构设计以及其功能和作用成为了被关注的重点话题。本文针对高层建筑中的转换层的结构设计以及其功能和抗震作用，进行深刻的探讨，并结合实际进行详细的分析与总结。

高层建筑；转换层；结构设计；抗震

1　引言

在科技飞速发展的现代社会，传统的建筑设计形式和功能作用的构造，已经远远不能满足当代发展的需求，城市人口的密集，商业竞争的激烈，造成了建筑的功能需求变大，高层建筑被商店、餐饮、娱乐、办公、住房等多种行业需求，那么传统的单一结构形式缺乏完备性和综合性，在很多方面都出现了问题。因此，针对这个问题，在高层建筑的设计建造中，选用结构转换层的设计形式，这种设计是在完全不同的结构型式中建造刚度加大的结构层，使得高层建筑的结构设计更加合理和完善，同时在结构转换层的设计过程中，还应当考虑高层建筑的抗震等级和抗震作用，高层建筑的转换层结构设计对于抗震的作用是极为不利的，此时则应当按照抗震规范和实际要求进行规划和设计。

2　高层建筑转换层结构的介绍

2.1高层建筑转换层结构的概念

在高层建筑中，为了实现多功能化，对于上部小下部大的空间构造，需要将水平转换结构和下部竖向构件进行连接，来解决上部小空间竖向构件不能够与地面连接的问题，这种构造即为高层建筑的转换层。具有这种转换层的建筑虽然在一定程度上解决了构造设计的问题，但由于建筑受力不均匀，从受力分析的角度来说增加了工程建设实施的难度，对于必须设计转换层结构的高层建筑来说，设计人员在设计安排的过程中必须考虑实际，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》与《抗震规范》的要求，从各种设计方案中择优选择，争取实现功能的最大化及综合化。

2.2高层建筑结构转换层的形式与应用

高层建筑的转换层结构大致有三种类型：①上下层结构的类型转换，应用最多的是剪力墙结构，将上部的结构换成下部的框架，增大了内部的空间；②上下层的柱网与轴线的改变，通过转换层将下层柱之间的间距增大，从而形成大柱网，为下层需要较大出口的建筑设计提供方便；③将转换结构形式与结构轴线结合，上部的剪力墙结构变成了框架结构，柱网轴线与上层轴线错开，设计成上下结构不齐的构造，这三种类型的设计大大满足了高层建筑的结构使用。对于不同的建筑需要则应有不同的转换层结构设计形式，就目前而言，使用最为广泛的转换层结构模式有梁式、桁架式、厚板式与箱形，这些设计形式在高层建筑转换层的建设中都有一定的应用。图1为几种转换层结构类型示意图。

图1

3　高层建筑转换层结构抗震的现状和问题

目前，针对许多高层建筑的建设而言，从功能的角度上来说，高位转换层结构使得建筑更加多能化，满足了人们的需求和发展，但是从结构的角度考虑，因为转换层设计的复杂的结构体系，严重的影响了建筑的抗震作用，而且转换层的位置越高，振动的性能越复杂，转换层的刚度也有差别，从而极易造成底部的集中变形和震害。并且通过振动的试验与分析计算，发现转换层结构的重量与其他楼层相比，要大得多，当转换层位较高时，在振型较大的地震作用下，建筑所受到的影响和震害更大，楼层的位移变化也很大，极易造成转换层附近的楼层位移发生突变。中国建筑科学院的研究者对于振型及转换层的设计也做了大量的试验和探究，当转换层处于较高位置时应从较多振型的设计考虑，同时还应当加强高位转换层结构的弹性和塑性，提高建筑的安全性与抗震性能。由此可见，目前高层建筑的转换层结构，虽然应用得较为广泛，但是对于建筑的整体功能与抗震性能方面来说，还是不够完善的，对于上部楼层比下部楼层小，中间为转换层结构的高层建筑，在理论上的分析是符合情理的，但是缺乏具体的实验研究，对于具有转换层这种特殊结构的建筑，则更加需要系统的实验探究与分析，必须全面考虑它的动力特性与抗震作用，才能够合理的保证高层建筑的多功能性、抗震性和其他优良性能。

4　高层建筑转换层结构抗震设计

高层建筑转换层结构中遇到的一些问题，从理论与实际的角度进行分析，由于转换层的设计和构造，建筑上层与下层的刚度不一样，刚度的均匀性被破坏，那么就影响到了整个建筑物的受力，建筑物的抗震性能也受到了影响。在对高层建筑的转换层结构进行设计时，不能按照常规的结构进行分析和设计，要从具体的建筑情景出发，根据建筑的作用和规模，对高层建筑进行反常规设计。

影响高层建筑抗震性能的结构为转换层结构，转换层是通过改变和影响建筑的受力改变了振型，增加了震害，那么在对高层建筑进行抗震设计的过程中，应当从设防烈度、结构的类型、房屋的高度以及构建的种类进行分析和构造，并采取相应合理的措施，同时应当按照《抗震规范》的要求设计。对于转换层结构位于较低位置时，高层建筑的抗震等级应符合《高规》中4.8节的规定，当转换层结构位于较高位置三层级三层以上时，高层建筑的抗震等级应按照《高规》4.8.2和4.8.3规定的较高一级，设计合理的抗震等级。

从水平方向的地震作用进行分析，分析的方法是反应谱分析法。通过多次的地震记录，对于建筑结构在不同的自振周期和频率时，产生的最大的地震反应，然后对这些反应取平均值，所得的结果即为反应谱。将转换层结构简化离散的多自由度体系，然后将这些离散的多自由度体系，按照自振振型进行分解，得到若干个等效的单自由度体系的组合。于是便可依据反应谱求得每个等效单自由度体系的地震最大反应，将各个等效单自由度体系地震最大反应，即各个振型的地震反应依据祸合法则综合起来，所产生的结果便是多自由度体系的最大地震反应。规范中的底部剪力法和振型分解法都基于反应谱分析法。在用底部剪力法和振型分解法时，要知道前几阶的自振周期及振型。只有对于不同的结构产生的地震反应进行综合分析，才能对转换层结构以及整个高层建筑做出很好的抗震设计，从根本上解决问题。抗震等级的要求，在一定程度上很好的规避了振动作用给建筑带来的危害，减少了震害，这种抗震设计对于建筑来说的贡献是非常大的。

5　总结

社会的发展越来越快，城市人口数量增多，对高层建筑的需求也越来越多，然而随着商业的发展，建筑已不再仅仅具有单一的功能和作用，高层建筑向着多功能化和智能化的方向发展。本文针对这一现状，讲述了高层建筑中转换层的结构设计，很好的实现了这一功能，但在对高层建筑的转换层结构进行设计和建造时需要注意很多问题，如建筑的抗震作用。于是，本文从建筑的抗震作用出发，对于抗震等级做出了深刻的分析与探究，从而在对高层建筑的转换层结构进行设计之前，分析结构与作用的关系，将高层建筑因转换层结构而受到的不良影响降到最小，从而实现高层建筑的多功能化和智能化，同时很好的保证了建筑的安全性与抗震性。

[1]黄小坤，林祥，华山.高层建筑箱形转换层结构设计与探讨[J].工程抗震与加固改造，2004（5）：12～15.

[2]娄字，魏琏，丁大钧.高层建筑中转换层结构的应用和发展[J].建筑结构，1997（1）：21～26，41.

[3]傅学怡.带转换层高层建筑设计建议[J].建筑结构学报，1999，20（2）：28～42.

TU973+.16

A

1673-0038（2015）10-0013-02

2015-2-18