高层转换结构的抗震设计

摘要：高层建筑功能和形式日益多样化，当多功能综合大楼要求一栋建筑物的上部和下部使用功能不同时，结构布置也要相应改变，设置转换构件。文章以实际工程为例，分析了高位转换层的高层建筑结构设计方法及要点，为同行建筑结构设计者提供参考、借鉴。

关键词：结构设计；高位转换层；中震弹性设计；单塔模型；双塔模型

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）27-0086-02

1 工程概况

某高层建筑，地下一层，地上八层，总高44.280m。地下室层高4.8m，首层层高5.750m，其余层5.490m。结构类型为框架-剪力墙结构。结构平面长85.85m，宽22.2m。塔楼在五层以下是大门洞，五层以上洞口上方有四层通过连接体结构相连接成一体，连接体部分跨度为18m。结构标准层、高位连体平面及立面图分别见（图1、图2）。抗震设防烈度为8度，抗震设防类别为丙类，框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级，设计地震分类为一组，设计地震加速度为0.2g，建筑场地类别为Ⅲ类，基本风压按50年一遇的风压值W0=0.45Kn/m2考虑。

在考虑偶然偏心影响的地震作用下，SATEW整体计算分析得到的楼层最大弹性位移与平均位移的比值最大为1.35<1.5；结构扭转为主的第一自振周期与平动为主第一自振周期之比为0.742<0.9，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.4.5条规定。通过阵型曲线分析、层间地震作用分析、楼层地震剪力分布分析、最大层间位移角曲线、最大楼层位移曲线、平面扭转不规则指标控制等的分析对比可知采用SATWE进行整体计算分析时，按双塔计算模型和单塔计算模型计算的结果非常接近，但按双塔计算模型能更清楚地反映连接体两侧塔楼各自的受力与变形形态。

2.2 抗震等级确定

本工程转换层以上为框架结构，以下为框架-剪力墙结构，是多种结构形式并存的复杂高层建筑，不能像单纯的框架结构、剪力墙结构或框架-剪力墙结构那样统一确定抗震等级，而应根据现行规范不同章节的规定，并考虑该工程自身的特点，有针对性地分别确定不同部位不同构件的抗震等级。建筑高度44.28m，8度设防，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》框架抗震等级应为二级，剪力墙应为一级。由于转换层位于第五层，属高位转换，据《高层建筑混凝土结构技术规程》10.2.6条转换层及相邻上下层的框架梁柱抗震等级确定为一级。

2.3 竖向结构设计

为保证转换层上下主体结构侧向刚度尽量接近、平滑过渡，须把握强化下部、弱化上部的原则。本工程采取的主要措施有：（1）转换层楼板加厚至180mm，转换层上下层各加厚至150mm，以增强楼板刚度；（2）与转换层相连的竖向构件采用劲性混凝土结构，利用SATWE和PMSAP计算程序分别进行整体结构分析后，程序均未发现薄弱层，且转换层上部与下部结构的等效刚度比的SATWE计算结果为：X方向为0.8960，Y方向为0.7621。满足《高层建筑混凝土结构技术规程》附录E的要求，说明结构竖向刚度过渡平稳，竖向结构设计合理。对计算结果进行分析，在满足了周期比、位移比、层刚度比、剪重比、刚重比、楼层抗剪承载能力比和轴压比等各项结构指标，且无超筋的情况下，就可以认为满足初步计算要求了。

2.4 时程分析多遇地震补充计算

取用7组时程曲线，实际地震记录5组，人工模拟地震记录2组，地震波的持续时间取基本自振周期的5倍和15s，地震波的时间间隔取0.01s。地震作用效应可取时程分析计算结果的平均值与阵型分解反应谱法计算结果的较大值。

3 转换层设计

根据《建筑抗震设计规范》提出的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的“三水准”抗震设防目标及《高层建筑混凝土结构技术规程》提出的抗震性能化设计要求，对连接体部分及上下相邻部分采用设防烈度地震性能目标C的要求进行设计。以提高转换结构的变形能力并同时提高抗震承载力

4 抗震加强措施

在本工程中，连体结构两个独立部分体型相近，在结构整体平面布置中，通过调整其平面结构布置使其刚度尽量接近，尽量使扭转周期与平动周期避开，减小扭转变形。连接体部分采用型钢混凝土梁柱结构，提高了联体部分的承载能力和变形能力，连接体及与连接体相邻的结构构件的抗震等级提高一级。转换处的楼板除了采用复杂楼板有限元分析外，在连接体部分楼板厚度提高到180mm，转换层上下层各加厚至150mm，楼板加厚范围延伸至联体两侧一个跨的范围，并按双层双向配筋。

5 结语

带转换层的高层建筑结构设计，必须首先从整体上做好概念设计。根据结构具体情况，采用多种模型的包络设计。整体设计阶段最好选用两个结构计算软件进行比较分析，建立可靠的计算模型，分析、评判结构总体受力特点，修改、优化整体结构布置。对重要的部位，完全超出规范规定的常规设计的情况，需要进行局部抗震性能化设计，这样可以保证重要部位的安全性能。

参考文献

[1] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）[S].

[2] 李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造[M].北京：中国建筑工业出版社，2008，（12）.

[3] 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].

[4] 李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[5] 朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[6] 朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

作者简介：孟君岩（1980-），女，河北沧州人，供职于中国新兴建设开发总公司，中级职称，研究方向：结构设计与施工的管理。endprint

摘要：高层建筑功能和形式日益多样化，当多功能综合大楼要求一栋建筑物的上部和下部使用功能不同时，结构布置也要相应改变，设置转换构件。文章以实际工程为例，分析了高位转换层的高层建筑结构设计方法及要点，为同行建筑结构设计者提供参考、借鉴。

关键词：结构设计；高位转换层；中震弹性设计；单塔模型；双塔模型

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）27-0086-02

1 工程概况

某高层建筑，地下一层，地上八层，总高44.280m。地下室层高4.8m，首层层高5.750m，其余层5.490m。结构类型为框架-剪力墙结构。结构平面长85.85m，宽22.2m。塔楼在五层以下是大门洞，五层以上洞口上方有四层通过连接体结构相连接成一体，连接体部分跨度为18m。结构标准层、高位连体平面及立面图分别见（图1、图2）。抗震设防烈度为8度，抗震设防类别为丙类，框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级，设计地震分类为一组，设计地震加速度为0.2g，建筑场地类别为Ⅲ类，基本风压按50年一遇的风压值W0=0.45Kn/m2考虑。

在考虑偶然偏心影响的地震作用下，SATEW整体计算分析得到的楼层最大弹性位移与平均位移的比值最大为1.35<1.5；结构扭转为主的第一自振周期与平动为主第一自振周期之比为0.742<0.9，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.4.5条规定。通过阵型曲线分析、层间地震作用分析、楼层地震剪力分布分析、最大层间位移角曲线、最大楼层位移曲线、平面扭转不规则指标控制等的分析对比可知采用SATWE进行整体计算分析时，按双塔计算模型和单塔计算模型计算的结果非常接近，但按双塔计算模型能更清楚地反映连接体两侧塔楼各自的受力与变形形态。

2.2 抗震等级确定

本工程转换层以上为框架结构，以下为框架-剪力墙结构，是多种结构形式并存的复杂高层建筑，不能像单纯的框架结构、剪力墙结构或框架-剪力墙结构那样统一确定抗震等级，而应根据现行规范不同章节的规定，并考虑该工程自身的特点，有针对性地分别确定不同部位不同构件的抗震等级。建筑高度44.28m，8度设防，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》框架抗震等级应为二级，剪力墙应为一级。由于转换层位于第五层，属高位转换，据《高层建筑混凝土结构技术规程》10.2.6条转换层及相邻上下层的框架梁柱抗震等级确定为一级。

2.3 竖向结构设计

为保证转换层上下主体结构侧向刚度尽量接近、平滑过渡，须把握强化下部、弱化上部的原则。本工程采取的主要措施有：（1）转换层楼板加厚至180mm，转换层上下层各加厚至150mm，以增强楼板刚度；（2）与转换层相连的竖向构件采用劲性混凝土结构，利用SATWE和PMSAP计算程序分别进行整体结构分析后，程序均未发现薄弱层，且转换层上部与下部结构的等效刚度比的SATWE计算结果为：X方向为0.8960，Y方向为0.7621。满足《高层建筑混凝土结构技术规程》附录E的要求，说明结构竖向刚度过渡平稳，竖向结构设计合理。对计算结果进行分析，在满足了周期比、位移比、层刚度比、剪重比、刚重比、楼层抗剪承载能力比和轴压比等各项结构指标，且无超筋的情况下，就可以认为满足初步计算要求了。

2.4 时程分析多遇地震补充计算

取用7组时程曲线，实际地震记录5组，人工模拟地震记录2组，地震波的持续时间取基本自振周期的5倍和15s，地震波的时间间隔取0.01s。地震作用效应可取时程分析计算结果的平均值与阵型分解反应谱法计算结果的较大值。

3 转换层设计

根据《建筑抗震设计规范》提出的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的“三水准”抗震设防目标及《高层建筑混凝土结构技术规程》提出的抗震性能化设计要求，对连接体部分及上下相邻部分采用设防烈度地震性能目标C的要求进行设计。以提高转换结构的变形能力并同时提高抗震承载力

4 抗震加强措施

在本工程中，连体结构两个独立部分体型相近，在结构整体平面布置中，通过调整其平面结构布置使其刚度尽量接近，尽量使扭转周期与平动周期避开，减小扭转变形。连接体部分采用型钢混凝土梁柱结构，提高了联体部分的承载能力和变形能力，连接体及与连接体相邻的结构构件的抗震等级提高一级。转换处的楼板除了采用复杂楼板有限元分析外，在连接体部分楼板厚度提高到180mm，转换层上下层各加厚至150mm，楼板加厚范围延伸至联体两侧一个跨的范围，并按双层双向配筋。

5 结语

带转换层的高层建筑结构设计，必须首先从整体上做好概念设计。根据结构具体情况，采用多种模型的包络设计。整体设计阶段最好选用两个结构计算软件进行比较分析，建立可靠的计算模型，分析、评判结构总体受力特点，修改、优化整体结构布置。对重要的部位，完全超出规范规定的常规设计的情况，需要进行局部抗震性能化设计，这样可以保证重要部位的安全性能。

参考文献

[1] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）[S].

[2] 李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造[M].北京：中国建筑工业出版社，2008，（12）.

[3] 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].

[4] 李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[5] 朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[6] 朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

作者简介：孟君岩（1980-），女，河北沧州人，供职于中国新兴建设开发总公司，中级职称，研究方向：结构设计与施工的管理。endprint

摘要：高层建筑功能和形式日益多样化，当多功能综合大楼要求一栋建筑物的上部和下部使用功能不同时，结构布置也要相应改变，设置转换构件。文章以实际工程为例，分析了高位转换层的高层建筑结构设计方法及要点，为同行建筑结构设计者提供参考、借鉴。

关键词：结构设计；高位转换层；中震弹性设计；单塔模型；双塔模型

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）27-0086-02

1 工程概况

某高层建筑，地下一层，地上八层，总高44.280m。地下室层高4.8m，首层层高5.750m，其余层5.490m。结构类型为框架-剪力墙结构。结构平面长85.85m，宽22.2m。塔楼在五层以下是大门洞，五层以上洞口上方有四层通过连接体结构相连接成一体，连接体部分跨度为18m。结构标准层、高位连体平面及立面图分别见（图1、图2）。抗震设防烈度为8度，抗震设防类别为丙类，框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级，设计地震分类为一组，设计地震加速度为0.2g，建筑场地类别为Ⅲ类，基本风压按50年一遇的风压值W0=0.45Kn/m2考虑。

在考虑偶然偏心影响的地震作用下，SATEW整体计算分析得到的楼层最大弹性位移与平均位移的比值最大为1.35<1.5；结构扭转为主的第一自振周期与平动为主第一自振周期之比为0.742<0.9，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.4.5条规定。通过阵型曲线分析、层间地震作用分析、楼层地震剪力分布分析、最大层间位移角曲线、最大楼层位移曲线、平面扭转不规则指标控制等的分析对比可知采用SATWE进行整体计算分析时，按双塔计算模型和单塔计算模型计算的结果非常接近，但按双塔计算模型能更清楚地反映连接体两侧塔楼各自的受力与变形形态。

2.2 抗震等级确定

本工程转换层以上为框架结构，以下为框架-剪力墙结构，是多种结构形式并存的复杂高层建筑，不能像单纯的框架结构、剪力墙结构或框架-剪力墙结构那样统一确定抗震等级，而应根据现行规范不同章节的规定，并考虑该工程自身的特点，有针对性地分别确定不同部位不同构件的抗震等级。建筑高度44.28m，8度设防，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》框架抗震等级应为二级，剪力墙应为一级。由于转换层位于第五层，属高位转换，据《高层建筑混凝土结构技术规程》10.2.6条转换层及相邻上下层的框架梁柱抗震等级确定为一级。

2.3 竖向结构设计

为保证转换层上下主体结构侧向刚度尽量接近、平滑过渡，须把握强化下部、弱化上部的原则。本工程采取的主要措施有：（1）转换层楼板加厚至180mm，转换层上下层各加厚至150mm，以增强楼板刚度；（2）与转换层相连的竖向构件采用劲性混凝土结构，利用SATWE和PMSAP计算程序分别进行整体结构分析后，程序均未发现薄弱层，且转换层上部与下部结构的等效刚度比的SATWE计算结果为：X方向为0.8960，Y方向为0.7621。满足《高层建筑混凝土结构技术规程》附录E的要求，说明结构竖向刚度过渡平稳，竖向结构设计合理。对计算结果进行分析，在满足了周期比、位移比、层刚度比、剪重比、刚重比、楼层抗剪承载能力比和轴压比等各项结构指标，且无超筋的情况下，就可以认为满足初步计算要求了。

2.4 时程分析多遇地震补充计算

取用7组时程曲线，实际地震记录5组，人工模拟地震记录2组，地震波的持续时间取基本自振周期的5倍和15s，地震波的时间间隔取0.01s。地震作用效应可取时程分析计算结果的平均值与阵型分解反应谱法计算结果的较大值。

3 转换层设计

根据《建筑抗震设计规范》提出的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的“三水准”抗震设防目标及《高层建筑混凝土结构技术规程》提出的抗震性能化设计要求，对连接体部分及上下相邻部分采用设防烈度地震性能目标C的要求进行设计。以提高转换结构的变形能力并同时提高抗震承载力

4 抗震加强措施

在本工程中，连体结构两个独立部分体型相近，在结构整体平面布置中，通过调整其平面结构布置使其刚度尽量接近，尽量使扭转周期与平动周期避开，减小扭转变形。连接体部分采用型钢混凝土梁柱结构，提高了联体部分的承载能力和变形能力，连接体及与连接体相邻的结构构件的抗震等级提高一级。转换处的楼板除了采用复杂楼板有限元分析外，在连接体部分楼板厚度提高到180mm，转换层上下层各加厚至150mm，楼板加厚范围延伸至联体两侧一个跨的范围，并按双层双向配筋。

5 结语

带转换层的高层建筑结构设计，必须首先从整体上做好概念设计。根据结构具体情况，采用多种模型的包络设计。整体设计阶段最好选用两个结构计算软件进行比较分析，建立可靠的计算模型，分析、评判结构总体受力特点，修改、优化整体结构布置。对重要的部位，完全超出规范规定的常规设计的情况，需要进行局部抗震性能化设计，这样可以保证重要部位的安全性能。

参考文献

[1] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）[S].

[2] 李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造[M].北京：中国建筑工业出版社，2008，（12）.

[3] 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S].

[4] 李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[5] 朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[6] 朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

作者简介：孟君岩（1980-），女，河北沧州人，供职于中国新兴建设开发总公司，中级职称，研究方向：结构设计与施工的管理。endprint