高层建筑转换柱设计-高层建筑钢筋混凝土结构概念设计

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：上层柱到下层柱的转换又分为两种情况：一类是上、下柱在同一平面内；另一类是上下柱不在同一平面内。图9-10 沈阳华利广场斜撑式转换北京香格里拉饭店也有类似的斜撑式转换，在4层以下减少了一排柱，用斜撑将这排柱子的荷载传递到下层的柱子上，见图9-11的照片。

上层柱到下层柱的转换又分为两种情况：一类是上、下柱在同一平面内；另一类是上下柱不在同一平面内。

在框筒、筒中筒及束筒结构中，密柱深梁的外框筒底部必须减少柱子，加大柱距，以便布置出入口（大门），或者加大柱距以便与下部多层裙房的大空间连通，必须通过转换构件将上层小柱距框架转换到下层大柱距的结构上，由于有部分柱是上下贯通的，轴线不改变，上、下层柱和转换构件又都在同一平面内，转换构件比较简单，受力明确。有时在框架结构柱网中需要拔掉一些柱，以增大使用空间，也需要用转换构件来支承上层柱，也属于这类转换。

具有这类转换构件的结构上、下层的差别主要是减少了柱子，因此上、下层的刚度相差不会很大，只是由于下层跨度较大，上柱传来的竖向荷载大，要采用刚度及承载力大的水平构件作为转换构件，转换层的刚度与其他层会有所差别，尽量选择适当的转换构件，减少刚度突变。常用的基本形式有实腹梁、斜杆桁架、空腹桁架、拱等，见图9-7。其中图9-7e是纽约世界贸易中心双塔（已倒塌）的转换结构，上层柱距1m，采用三柱合并为一柱的方式，用流线型的力传递路线，将下部柱距扩大成3m，结构合理，纤细流畅，造型美观；图9-7d采用了逐步改变柱截面的办法，将上层密柱的分布均匀的竖向荷载逐渐向底部大柱集中，与拱的传力流符合，在建筑表现上也是独树一帜；图9-8a是香港康乐中心大厦的底部处理，该大厦52层，178.7m高，筒中筒结构，它的外筒开了许多圆孔，与剪力墙实腹筒接近，采用3.5m高的实腹大梁作转换结构，底层用几根大柱支承，为了减小转换梁的跨度，大柱采用变截面，给人一种稳定、强壮的感觉；图9-8b是日本岗山住友生命保险大楼框筒结构的转换构件，取得将拱与桁架结合获得大跨度的转换效果。

图9-7 框筒转换层结构形式示例

图9-8 两幢大楼的转换结构

a）香港康乐中心 b）日本岗山住友生命保险大楼

由于密柱框筒都布置于建筑物外围，建筑立面要求美观，结构传力必须合理，还要减轻重量和节省材料，要求建筑师与结构工程师共同努力，创造出合理、美观、经济的建筑和结构形式。

有时因为建筑上部立面收进而需要设置转换构件，上层柱、下层柱不在同一轴线，而且往往是高位转换，转换构件布置比较复杂，要根据结构布置的具体情况采用不同的转换方式和转换构件，在高位转换需要注意的问题是尽可能采用重量较轻的转换构件形式，转换构件的形式是多种多样的，其中常用的是斜撑式的转换构件。

武汉世界贸易中心主楼58层，总高度达229m，采用钢筋混凝土筒中筒结构体系，有10层裙房，图9-9a是高层主体的平面，有4次变化，顶部有一个27m高的塔形屋顶（屋顶上面还有一根桅杆），四周有16座错落的小塔形成簇拥的塔群。由于平面和立面变化较多，该高层结构有三个转换层：

1）标准层的外框筒柱距2m，10层以下扩大为8m，采用了梁式转换。

2）外框筒到54层结束，54层以上平面向内收进3.5m，并且将外框架的柱距扩大至8m，54层以上楼层重量全部要落在收进3.5m后的轴线上，显然，高位转换不宜采用箱形大梁等转换构件，比较了空腹桁架与人字斜撑两种方案。如果采用竖杆间距为4m的空腹桁架方案，跨度达到24m，桁架需占用两层高度（6.4m），构件截面需要1m×0.5m；经过比较采用了人字斜撑方案，每8m设置一个斜撑，斜撑两脚分别支承在内筒和外框筒柱上，下面设置一根钢管拉杆以平衡推力，见图9-9b，斜撑转换构件重量轻，且占用空间小，不影响建筑使用，钢用量和混凝土用量都小于空腹桁架方案（只需该方案85%的用量），斜撑占用两层楼高度，倾斜角度小一些有利于减小水平推力。

3）58层以上的塔形屋顶层为空间钢结构，其4个立柱支点在角筒与内筒之间，因此又必须进行一次转换，采用了钢骨混凝土大梁，一方面可降低大梁截面高度，不影响使用，另一方面，可以方便地使上部钢结构向下部的混凝土结构过渡，见图9-9b。