对高位转换结构设计的几点探讨

韦定

摘要：自改革开放以来，我国城市化水平不断提高，高层建筑在城市建设中得到广泛应用，高层建筑结构设计为高层建筑功能全面化、体型复杂化创造良好基础，从而实现了高层建筑从住宅到办公区域，再到大开间商业的变化，高位转换结构设计无疑是高层建筑结构设计的关键点。

关键词：高层建筑；转换层；结构设计；

前言：

高位转换层是高层建筑物差异性结构体系相接的关键，对高层建筑整体结构产生重要影响，转换层的构件尺寸规格与跨度较大，且竖向构件不能直接落地贯通，并水平转换构件与下部构件整体连接，形成具有转换结构的高层建筑结构体系。设计人员需要制定周密设计计划，全面考虑到在设计过程中可能出现情况并从楼盖结构、构件布置、主体结构转换、抗震设计等方面来符合规范要求。

1.高层建筑转换层发展背景

当前高层建筑在我国城市建设过程中应用极为广泛，满足了我国城市建设的需求与经济发展，高层建筑从建筑功能角度来讲使用功能过于单一如单一的住宅、宾馆等较少，更多是地下停车场、大型商业建筑等城市综合体，而大多数商业用房等通常布置在高层建筑底部，这就要求设置大跨度结构体系来支撑，而办公、等用房常常布置在建筑物的上部，他们的跨度、柱网又不宜过大，为了实现和适应这种结构形式的变化过渡，很多高层建筑中都设置了转换层。

2.转换层结构设计原则与要求

2.1转换层设计要求

设计人员对高层建筑底部角度来讲，上部楼层布置的一些构件不能落地贯通，必然通过布置结构转换层实现结构构件的转换，对于高层建筑上部、下部楼层竖向结构体系反差较大，可需扩大下部楼层竖向结构轴线间距或错开上、下结构轴线，转换层则设置在主体结构体系改变楼层，如在转换层以下大空间区域布置框架-剪力墙、落地剪力墙、核心筒体来承受上部剪力墙传递荷载从而形成共同工作结构协同体系，由于底部空间大，从而能够满足建筑功能多样化的需求，转换层广泛被应用底部为酒店、车库、商业、机房等用、转换层以上用作公寓、住宅等。

设计人员在转换层尽量少开洞，如开洞应远离边缘，在洞口布置暗梁等措施来减少刚度损失，通常转换层板进行加厚处理，混凝土强度应高于C30，相邻楼层板厚也应调整，当前预应力混凝土施工技术比较成熟，笔者建议在高位转换层设计结合预应力设计理论来调整转换层应力、变形、裂缝，增强其抗震能力。

2.2转换层设计原则

减少转换结构数量，尽可能简化传力路径是设计人员所遵循的设计原则，在布置转换层竖向主体结构过程中，明确水平转换构件传力路径，减少复杂多级转换结构如多级梁转换，同时慎用传力复杂、不利抗震的平厚板转换体系，在设计过程中设计人员应控制转换层的刚度变化，通过强化上部构件，弱化下部构件来保证转换层上下侧向刚度实现平稳过度，在进行转换层抗震计算时，应要求转换层肢体侧向结构刚度应满足下列：

在进行刚度比计算时，设计人员通常采用地震剪力与层间位移比算法，如转换层布置在三层以上，那么转换层上部楼层侧向刚度低于相邻楼层的60%，如转换层设置在三层以下时，那么转换层上部楼层侧向刚度低于相邻楼层的50%。设计人员可选剪切刚度算法进行设计计算，如高层建筑一层为底部大空间区域，可通过转换层上、下等效剪切刚度变化来进行判断，常设α为转换层上、下层结构刚度比，α应接近1，如该转换层在非抗震设计条件下α不得超过3，如需抗震设计α应低于2。设计人员如用剪弯刚度法当建筑底部大空间区域层数超过一层时，高层建筑的转换层結构上下部等效刚度比f应接近1，在非抗震设计条件下f应低于2，如需抗震设计f应低于1.3。

设计人员在建筑空间布置方面应当做好充分沟通，尽量使其建筑的高层建筑的设备与转换层处于相同楼层，同时对楼层高度应当有所控制，过高导致楼层空间造成浪费，过低可能导致转换层扭转刚度增加。

3.转换结构模型设计与计算

高层建筑带高位转换层在结构抗震计算时应选择两个以上力学结构模型设计软件进行分析计算，对于高层建的受力复杂构件，应单独进行应力分析与比较，运用 SATWE、TBWE、TBSA 等软件对设计模型进行计算，结合应力要求进行配筋复核。

3.1梁托柱结构转换体系

对于梁托柱转换层可选用杆模型，如结构大部分轴线均为梁托柱传力途径，可将结构设置为复杂高层，而托柱梁结构形式根据框支梁构造要求来进行控制与调整，当转换层布置层数超过3层时，其框柱抗震等级应提高一级，在定义特殊构件过程中可将与托柱梁连接柱认定为框支柱，从而能够便于内力调幅。

3.2框支剪力墙结构转换体系

转换层以上布置的竖向抗侧力构件可直接置于转换层主体结构体系，如竖向构件布置复杂，可通过主梁支撑剪力墙以及转换次梁以上剪力墙，同时进行应力探究与分析，根据应力来配置配筋，对于B级框支剪力墙结构体系则不宜选用框支主、次梁体系。

3.3厚板结构转换体系

在进行非抗震设计或六度抗震设计转换层可采用厚板结构转换体系，在七、八度抗震设计条件下如转换层为地下室可选用厚板结构转换，厚板转换层结构，目前设计界对厚板转换结构缺乏完善计算与分析理论，笔者应减少或避免采用该结构。在进行整体计算过程厚板在上下传力存在特殊性，设计人员务必重视厚板面外变形情况，从而能够将上部结构～厚板～下部结构的传力变形计算趋于精确，而在厚板面内根据刚度无限大来考虑。

4.转换层防震设计

4.1放大薄弱楼层的地震剪力

《高层建筑混凝土结构技术规程》对高位转换层结构的薄弱层地震剪力明确要求，需乘以保护系数1.15，并且要求其检查相邻层数刚度比，如楼层抗侧刚度低于上层的70%，其楼层构件的地震内力也应乘以保护系数1.15。

4.2加强楼层最小地震剪力控制

设计人员在进行楼层最小地震剪力复核验算过程中，高层建筑结构任意楼层的地震水平剪力应满足以下要求：

4.3调整框支柱、框剪结构地震剪力

对于框支柱、框剪结构地震的剪力调整主要根据结构的平面布置，如框支柱少于十根时，而转换层为一、二层时对应每层各柱所承受剪力可按基底剪力2%计算，当转换层数高于3层时，各层柱所承受剪力可按基底剪力3%计算，如框支柱多余十根时，当转换层为一、二层时对应每层柱剪力总和可按基底剪力20%计算，当转换层高于3层时，对应每层柱剪力总和可按基底剪力30%，在调整框支柱剪力过程中后，实时调整框支柱的弯矩与梁端的弯矩、剪力。

结束语：

综上所述，转换层是高层建筑结构的设计关键，高位转换层的布置通常是为了满足建筑功能多样化的需求，对此其结构体系选应与建筑方案一致，同时要符合高层建筑构造与抗震要求，设计人员应当明确转换层结构的概念确保建筑物的经济性与安全性。

参考文献：

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