箱形转换层研究现状及应用

唐思贤，余建方

（贵州大学土木建筑工程学院，贵州 贵阳 550003）

1 结构转换层的定义

在高层建筑的下部，如果上部楼层的竖向构件（剪力墙或柱）不能直接连续贯通落地时，需要在楼层中布置结构转换构件，包括斜柱转换、梁转换、桁架转换、厚板转换厚板。转换构件所在的楼层称为转换层，转换层承受上部结构传来的荷载，并将其传递给下部结构。转换层主要分两种类型：①上下层柱网转换，即通过转换层使底部结构柱距扩大；②上下楼层结构类型的转换，即是将上部剪力墙转换为下部框架。

工程中转换层类型主要有梁式转换层、厚板转换层、箱形转换层、桁架转换层等，具体如下图1～4所示。梁式转换层应用广泛、受力明确、设计简单、规范详细，但有时有一定局限性，国内采用最多就是梁式转换层，如图1所示。如果上、下柱网柱距差别较大，用梁直接撑托比较困难，则可以使用厚板形成板式转换层，如下图2所示。板式转换层特点是上、下层柱网可以灵活布置、无需对齐，有利于较好地满足建筑功能的要求，但板式转换层自重大，材料浪费多，分析复杂，设计不成熟，而且厚板处应力集中对抗震也不利。如果转换层上部楼层过多，导致转换梁的尺寸很大，影响下部结构正常功能使用时，可以采用桁架转换层，如下图3所示。如果将梁式转换层的上、下层楼板和转换梁结合在一起形成一个整体结构，就形成了箱形转换层，下图4所示。

图1 梁式

图2 厚板式

图3 架式

图4 箱形

2 箱形转换层的特点

箱形转换层是通过一整层来达到具有较大刚度的一种转换结构。如果梁式转换层的转换梁截面过大，达到或接近层高，此时把转换梁和本层上、下楼板结合在一起，整层就形成箱形结构，在箱体中布置纵横向转换梁，就形成箱形转换层。转换梁和楼板结合在一起，形成一个整体，此时刚度比厚板转换层小，比梁式转换层大，能够有效改善建筑的受力情况，减少厚板转换层的应力集中，解决梁式转换层梁截面大而形成的短柱，增大结构的延性，不易出现薄弱层，应用范围很广。

3 箱形转换层与框支剪力墙结合应用

箱形转换层和框支剪力墙结合，是箱形转换层最常用的应用。框支剪力墙和箱形转换层结合，对于大空间转换的结构具有一定的优势。箱形转换结构可以增加转换层的刚度，转换层中的框支梁和框支柱可以增强箱梁的抗弯性能。

箱形转换层和框支剪力墙结合在一起的结构整体，具有转换层刚度比较大、自重小、设计比较简单、减小应力集中等优势；它可以基本完成厚板转换层的功能，可避免厚板结构在抗震区抗震超限问题，解决了普通梁式转换中短柱引起的强弯弱剪问题，加强了结构的整体性能。

4 箱形转换层的研究现状

江苏省建筑设计研究院有限公司的贾锋（2007），通过对常熟华府世家工程的一栋高层建筑的研究，指出采用箱形转换可以增强结构转换层整体性，提高其抗震性能。厦门市建筑设计院林苏建（2005），介绍了某结构的箱形转换层的设计方法，指出转换层框支柱要进行截面控制，通过对转换层框支柱进行截面控制，使各个柱受力状况接近，从而提高转换层的受力性能。同济大学的姚亚雄提出了箱形转换层较好的发挥了空间结构性能，通过空间有限元分析，阐述了箱形转换层的特点。哈尔滨工程大学的梁文彦（2007），对某建筑箱形转换层的计算手段进行了比较，提出了用简支箱梁有线条法来进行箱形转换层结构设计。南京工业大学的刘伟庆（2009），通过实验以及和有限元模型分析对比研究，得出带箱形转换层结构的建筑整体抗震性能较好，箱体本身在地震作用下具有良好的工作性能。武汉理工大学的刘肖凡（2007），采用有限元模型对武汉水果湖大厦工程进行分析，指出对于该工程，转换层下部主要受剪，上部主要受弯；转换层具有较大的抗侧移刚度和平面外刚度，转换层上下两层易出现应力集中。

目前，对箱形转换层的研究很少，而且这些研究主要采用有限元法分析工程实例的抗震性能，得出一些数据和结论。《高层建筑混凝土结构技术规范》（JGJ3-2010）的10.2.13条，只对箱形转换层作了最基本的规定，并没有对箱形转换层的设计方法作进一步的介绍，所以其抗震性能的研究还很不完善，需要对该类转换层进行大量的工程实例分析研究，才能使箱形转换层的应用得到较大的推广。

5 总结与展望

箱形转换层具有能够改善整体结构的受力性能，但是《高层建筑混凝土结构技术规范》（JGJ3-2010）并没有对其进行详细的规定。箱形转换层仍有一些重要的问题仍未研究透彻：①如箱形转换层在转换层处刚度突变较大，竖向不规则严重，如何改善其应力集中将是一个很值得研究的问题；②进行相应的弹、塑性分析及静、动力特性研究，来对比分析梁式转换层和箱形转换层的抗震性能指标；③不同的横隔板高度箱形转换层的影响；④考虑转换层上下板的共同工作作用对抗震性能的影响；⑤横隔板开洞口大小对转换层的影响；⑥箱形转换层对于整体结构的抗震性能影响、转换层各构件的应力分布和位移等一系列问题，都没有得到有效解决。

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.J G J3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]蔡全智，肖楠，张智，等.高层结构箱形转换层上短肢剪力墙的有限元分析[J].华中建筑，2007（02）.

[3]霍凯成，刘肖凡.带箱形转换层短肢剪力墙结构抗震性能分析[J].武汉理工大学学报，2008（06）.

[4]杨骁，王艳晗.箱形转换层研究现状及展望[J].山西建筑，2011（06）.

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