高层建筑转换层结构设计的探讨

（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610000）

本文选取某一具体工程作为研究对象，这一工程属于高层商住楼，主要是由两部分组成，分别为商业裙楼以及高层塔楼。这一工程地下3层,地上26层。其中地下室层高4.8m,布置设备用房及公共机动车泊位,地下2层、3层设六级人防。地上1～3层为商业用房,层高4.5m,安装有集中空调及消防系统;第4层为转换层,层高5.7m;4层以上为剪墙结构住宅。住宅除第24层层高为4.2m外,均为3.0m层高。31层以上为机房,室外地坪以上主体高度为98.70m,建筑总高度(至机房顶)103.20m。除此之外，这一工程的地形为缓坡地形，经过研究与分析，场地及其附近未有活动断裂带或深大的活动断裂带通过,场地地层构造及地形稳定,属抗震有利地段。本文就结合这一具体工程队高层建筑转换层结构设计进行一定程度上的研究与分析。

1 高层建筑转换层结构设计发展趋势

随着经济的发展以及科学技术水平的不断进步，待转换层高层建筑结构必然会适应市场需求，寻求新的发展，主要有以下几个方面的发展趋势：①钢骨混凝土的广泛应用。对于钢骨混凝土来说，它有着优良的品质，尤其表现在高承载力以及高刚度之上。一方面，可以对梁的截面尺寸进行较大程度上的减少；另一方面，钢骨混凝土本身具有较强的可塑性、耐久性以及抗震性。②钢骨混凝土具备较高的定位。这样一来，就可以在很大程度上对支模进行有效的减少，使得施工进程大大加快。目前状况下，我国的钢骨混凝土的应用仍然较为局限，但在国外，它已经得到了人们的肯定。

对于预应力混凝土高层转换层来说，它的应用十分广泛，这主要是由其本身所具备的高性能决定的。它的结构较为合理，在进行施工时能够带来诸多的优点。比如对截面尺寸进行有效减少、进一步控制裂缝以及挠度，控制工作阶段的裂缝宽度及减轻支撑负担等等。因此，预应力混凝土结构非常适合于建造承重荷载较大且跨度较大的转换层，且有自重轻，节省钢材和混凝土等优点。

2 主要结构形式

在《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)中，规范对转换粱的最小高度和宽度作了很明确的规定：框支梁截面的宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度且不宜小于其上墙体截面厚度的2倍，且不易小于400mm；当梁上有托柱时，不应小于梁宽方向的柱截面宽度。进行抗震设计时，转换梁高不小于其跨度的1/6；非抗震设计时，转换梁高不小于跨度的1/8。

3 转换层的设计原则

3.1 转换层的竖向布置

带有转换的高层结构可根据其建筑功能和结构传力的路径，可以沿高层建筑的高度方向一处或多处灵活布置；也可根据建筑的使用功能要求，在楼层某些局部布置相应的转换层，可根据自身的特点作为正常使用楼层，也可作技术设备层，在转换层的设计中应确保转换层具有足够的强度和刚度，保证竖向刚度不能过大。如果对大底盘多塔楼的商住建筑，塔楼的转换层宜设置在裙房与塔楼的交接楼面处，并加大楼面转换梁、板的尺寸和厚度，目的是和上下楼层的刚度保持接近，以避免中间出现刚度特别小的楼层，进而地震对高层建筑的危害。若对部分框支剪力墙的高层建筑结构设计是，应特别注意转换层的设置位置，根据《高层建筑抗震设计规范》规定7度区不宜超过第5层，8度区不宜超过第3层。如果转换层位置超过上述规定时，应作专门研究并采取有效措施。

3.2 高层建筑转换层的结构布置

实验研究证明，底部的转换层设置的越高，转换层所在层上、下层刚度的变化也就越大，在荷载的作用下转换层上、下层内力传递途径的突变就越明显；除此之外，高层建筑转换层的位置越高，落地剪力墙因受弯也就更加容易出现裂缝，从而使框支柱的内力增大，造成转换层附近上部墙体易于破坏。总而言之，高层建筑转换层位置越高对建筑的抗震越不利。对于底部带转换层结构而言，转换层上部的部分竖向构件（如：柱、剪力墙等）久不能直接连续贯通落地，因此，这就要求建筑结构师在设计是必须设置具有更加安全可靠的转换构件。如果仅根据按现有的工程经验和理论结果，转换构件宜采用转换大梁、斜撑、箱形结构以及厚板等形式。对于带有大空间地下室的高层结构，因周围对整个建筑物有约束作用，地震反应小于地面以上的框支结构，故7、8度抗震设计时的地下室可采用厚板转换层。

3.3 抗震等级

对于一般工程来说，其转换层以下为框架--剪力墙结构,转换层以上为纯剪力墙结构,是多种结构形式共存的复杂高层建筑,因而不能像单纯的框架结构或者剪力墙结构那样笼统地确定抗震等级,而应该严格按照现行规范的不同章节,有针对性地分别确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级。该工程属框支剪力墙,高度98.7m,6度设防,框支框架等级为二级,剪力墙底部加强部位为二级,非底部加强部位剪力墙为三级;由于工程转换层设在建筑4层楼面,属于高位转换,根据5高规6中对复杂高层建筑结构设计的特别规定,当转换层位置设在三层及三层以上时,其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级。故该工程框支柱应定为一级,剪力墙底部加强部位定为一级。

4 高层结构转换层的抗震设计

4.1 梁式转换层结构的设计与构造

由框支主梁承托转换层的次梁及次梁上的剪力墙，其受力比较复杂。框支柱梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需要承受梁传下来的剪力，扭矩和弯矩，因此，主梁是最容易遭到破坏的。如果对建筑有严格抗震设防要求时，为了改善结构整体的传力途径和受力性能，提高建筑的抗震能力，所有在对结构平面布置时，可以将一部分剪力墙落地，与基础相连，使其与框支剪力墙形成一个整体受力体系。

4.2 高层转换梁的设计与构造要求

在对转换梁截面尺寸设计时，是要根据剪压比的计算结果确定的，通常转换梁上不宜开洞，若必须开洞是，洞口的尺寸不能过大，且宜位于梁中和轴附近，还需对洞口做加强措施，以增强局部抗剪能力。如果洞口四周的内力较大时，可采用型钢给予加强。规范规定转换梁用的混凝土强度等级不应低于C30。转换梁主筋在非抗震或6度设防时的最小配筋率是不低于0.3%且转换梁中主筋不宜有接头。

4.3 框支柱的设计与构造要求

框支柱截面尺寸也是根据其轴压比的计算确定的。但在地震作用时框支柱的内力需进行调整：抗震设计时，框支柱的柱顶弯矩要乘以相应的放大系数，并按放大后的弯矩设计值进行配筋。根据最新规范要求，框支柱全部纵向钢筋配筋率，一级抗震时不小于1.2%，二级时不小于1.O%，三级时不小于0.9%、四级及非抗震设计时不小于0.8%。纵向钢筋间距抗震设计时不大于200mm，且不小于80mm，全部纵向钢筋配筋率不宜大于4%。

4.4 转换梁的截面设计方法

当前普遍应用的是应力截面设计方法。对转换梁进行有限元分析，根据有限元法分析后的应力大小及其分布规律进行截面的配筋计算，但在进行有限元分析前要假定不考虑混凝土的抗拉作用，因此拉力全部由钢筋承担。受压区混凝土的强度达到轴心抗压强度设计值的同时钢筋也达到屈服强度。

结语

本文主要针对高层建筑转换层结构设计要点进行研究与分析。首先，对高层建筑转换层结构设计发展趋势以及主要结构形式进行一定程度上的阐述，并在此基础之上，介绍了转换层的设计原则。然后，从梁式转换层结构的设计与构造、高层转换梁的设计与构造要求、框支柱的设计与构造要求、转换梁的截面设计方法四个角度分析了高层结构转换层的抗震设计。希望我们的研究能够给读者提供参考并带来帮助。

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