建筑转换层结构设计中应注意的问题

谢晓磊

【摘要】文章主要阐述了建筑转换层的特点，从而进一步针对建筑转换层结构的布置、抗震设计、转换层上下结构侧向刚度比等方面应注意的问题进行了分析，旨在不断地提升建筑结构设计水平及保证工程的质量，也为类似的工程提供有效地参考与借鉴。

【关键词】建筑 ； 转换层； 结构布置； 设计； 问题

1.高层建筑结构转换层的主要特点

近年来高层建筑发展迅速，建筑朝体型复杂、功能多样的综合性方向发展，因而相应的结构形式也复杂多样。后来陆续开始在高层住宅底层设置生活福利设施，并且开始大量兴建集吃、住、办公、购物、停车等为一体的多功能综合性高层建筑，尤其是在城市主干道两侧，并已成为现代高层建筑的一大趋势。高层建筑结构转换层具有以下几方面的特点：

（1）转换结构构件需要承受其上部结构所传下来的巨大竖向荷载或悬挂下部结构的多层荷载，使得转换结构构件的内力很大，竖向荷载成了控制转换结构构件设计的主要因素。

（2）转换结构构件通常具有数倍于上部结构的跨度，转换结构构件的竖向挠度成为严格控制的目标。因此为保证转换结构有足够的强度和刚度，致使结构构件的截面尺寸不可避免地高而大。

（3）结构中由于设置了转换层，沿建筑物高度方向刚度的均匀性会受到很大的破坏，力的传递途径有大的改变，为竖向不规则结构，这决定了转换层结构不能以通常结构来进行分析和设计。

2.建筑转换层结构设计中应注意的问题

2.1 转换层的结构布置

转换层的结构布置时，应注意以下几点：

（1）转换层的建筑结构，转换层上部的部分竖向构件不能直接连续贯通落地，因此，必须设置安全可靠的转换构件。按现有的工程经验和研究结果，转换构件可采用转换大梁、桁架、空腹桁架、斜撑、箱形结构以及厚板等形式。

（2）厚板转换在地震区使用经验较少，可在非地震区和6度抗震设计时采用，对于大空

间地下室，因周围有约束作用，地震反应小于地面以上的框支结构，故7度，8度抗震设计时的地下室可采用厚板转换层。

（3）高规规定了几条重要原则：带转换层的筒体结构的内筒应全部上、下贯通落地并按刚度要求增加墙厚；框支剪力墙结构要有足够的剪力墙上、下贯通落地并按刚度比要求增加墙厚；长矩形平面的框支剪力墙结构，抗震设计时，其落地剪力墙的间距按原规程适当加严，比原规程增加了限制落地柱周围的楼板不应错层的规定这几点的原则是防止转换层下部结构破坏的基本要求，特别是对于抗震设计的结构，要求更加严格。

遵守这些原则就可控制刚度突变，减少内力传递的突变程度缩短转换层上、下结构内力传递途径，保证转换层楼盖有足够的刚度以传递不同抗侧力结构之间的剪力，防止框支柱因楼盖错层发生破坏。

2.2 转换层高层建筑结构的抗震设计

带转换层的高层建筑结构中，由于设置了转换层，沿建筑物高度方向刚度的均匀性受到很大的破坏，转换层结构竖向承载力构件不连续和墙、柱截面的突变，导致传力路线曲折、变形集中和应力集中，因此转换结构的抗震性能较差。转换层高层建筑结构的抗震设计应注意以下几方面的措施：

（1）抗震设计时，高位转换对结构受力十分不利。计算分析说明，在水平地震作用下，倾覆力矩分布曲线在转换层处呈现转折，转换层下部是以剪力墙为主的框架-剪力墙结构，落地剪力墙所分配的倾覆力矩由转换层往下递增较快，而支撑框架的倾覆力矩递增很少。

（2）在转换层处，框支剪力墙的大量剪力通过楼板传递给落地剪力墙，这也是倾覆力矩曲线呈现转折的原因。当转换层位置较高时，剪力分配和传力途径亦发生急剧的突变，落地剪力墙更容易产生裂缝，框支剪力墙在转换层上部的墙体所受内力很大，易于破坏，转换层下部的支承框架更易于屈服，从而容易形成几个薄弱层。

因此，为保证设计的安全性，规定部分框支剪力墙结构转换层的位置设置在3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按高规规定提高一级采用，已经为特一级时不再提高，提高其抗震构造措施，而对于底部带转换层的框架-核心筒结构和外围为密柱框架的筒中筒结构的抗震等级不必提高底部带转换层的高层建筑在我国已大量建造，但至今未经受到大地震的考验。其转换层上部楼层的部分竖向构件不能连续贯通至下部楼层，因此，转换层是薄弱楼层，其地震剪力需乘以1.15的增大系数。设计中不要误认为只要楼层侧向刚度满足要求，该楼层就不是薄弱层。

（3）对转换层的转换构件水平地震作用的计算内力需调整增大；8度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。转换构件的竖向地震作用，可采用反应谱方法或动力时程分析方法计算：作为近似考虑，也可将转换构件在重力荷载标准作用下的内力乘以增大系数1.1，高规中对框支柱的内力增大幅度比较高；转换层位置在3层及3层以上的结构对抗震更为不利，其内力增大幅度也适当提高。

高层建筑转换层结构是一种受力复杂的不利抗震的高层建筑结构，抗震设防烈度9度（0.4g）时不应采用。带转换层高层建筑结构的抗震设计可根据设防烈度、结构类型、构件种类和房屋高度，采用相应抗震等级进行相应的计算和采取相应的构造措施。

2.3 转换层上下结构侧向刚度比的合理取值

转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比计算时宜综合考虑各构件的剪切、弯曲和轴向变形对结构侧移的影响。

（1）当转换层设置在2层及2层以上时，其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的0.6 ，在新高规附录E.0.2中比02规程新增加了这条规定，这一规定是为了防止出现转换层的下部楼层刚度较大，而转换层本层的侧向刚度较小，此时等效侧向刚度比虽能满足限值要求，但转换层本层的侧向刚度过于柔软、层侧向刚度比的限值取60%，与美国规范（IBC-2000）的规定相同。

（2）当转换层设置在2层及2层以上时，应按高规规定分别计算等效剪切刚度比和转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度比，设计中应同时满足这两种刚度比的限制條件。高层建筑转换层结构设计中转换层上 下层主体结构的剪切刚度比（γe1）的合理取值：

1）扩大外围柱距的框筒结构或内部抽柱的框架结构。对这种情况的结构，γe1应取1，即保持上、下层剪切刚度不变。

在一般情况下，由于建筑功能上要求下部柱子截面小，层高要比上层高许多，因此很难满足上述要求。此时建议转换层以下采用钢骨混凝土柱或钢管混凝土柱，这样来调整柱的截面面积、刚度和延性，从而达到满足建筑功能的要求。但这时应特别注意转换层上、下的连接，当转换层上部为钢筋混凝土时，应将下部钢骨混凝土柱锚入转换层内。

2）底部大空间剪力墙结构。由于底部大空间剪力墙结构的底层高大以及部分剪力墙不落地改为框支后，底部刚度显著减小，为防止底部层刚度突变，应控制转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比（γe1）：当底部大空间为1层时，转换层上、下结构等效剪切刚度比γe1宜接近1，非抗震设计时γe1不应小于0.4，抗震设计时γe1不应大于0.5。

3.结束语

综上所述，在进行实际工程设计时，应从建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等多方面入手进行结构的选型和柱网布置，使之更加适合建筑要求。

参考文献：

[1] 李中军，徐茂江，李龙.预应力混凝土转换层结构设计[J].建筑结构学报，2008.

[2] 覃文胜.高层建筑梁式转换层结构设计探讨[J].中国高新技术企业，2010.