高層建筑混凝土轉換層結構設計要點分析

駱玉彪

摘要：文章主要簡要地總結了高層建筑結構轉換層的特點及設計原則，從中結合工程實例，針對高層建筑混凝土轉換層結構設計要點進行了分析與研究，主要從建筑轉換層抗震等級的確定、上部與下部結構的調(diào)整、結構計算和結構構件設計等方面進行了論述。

關鍵詞：高層建筑；轉換層；結構設計；原則

引言

近年來，隨著城市建設步伐的加快，高層建筑的功能需求也發(fā)生了很大的變化，不再是單一、枯燥和片面的。常見的建筑物結構形式為民用住宅與公共場所通過墻體、柱網(wǎng)進行分開，各自滿足自身的使用要求。在這其中運用到了轉換層，只有通過轉換層才能實現(xiàn)這種結構變化形式的過渡，完成各自的需求功能。本文結合筆者的工作實踐，分析了高層建筑轉換層結構的特點及設計原則，從中論述了轉換層結構設計要點。

1 高層建筑結構轉換層的特點

目前，隨著高層建筑數(shù)量日益增多，建筑朝體型復雜、功能多樣的綜合性方向發(fā)展，因而相應的結構形式也復雜多樣。后來陸續(xù)開始在高層住宅底層設置生活福利設施，并且大量興建集住宅、辦公、商場等類型的高層建筑，已成為現(xiàn)代高層建筑的一大發(fā)展趨勢。高層建筑結構轉換層具有以下幾方面的特點：

（1）轉換結構構件需要承受其上部結構所傳下來的巨大豎向荷載或懸掛下部結構的多層荷載，使得轉換結構構件的內(nèi)力很大，豎向荷載成了控制轉換結構構件設計的主要因素。

（2）轉換結構構件通常具有數(shù)倍于上部結構的跨度，轉換結構構件的豎向撓度成為嚴格控制的目標。因此為保證轉換結構有足夠的強度和剛度，致使結構構件的截面尺寸不可避免地高而大。

（3）結構中由于設置了轉換層，沿建筑物高度方向剛度的均勻性會受到很大的破壞，力的傳遞途徑有大的改變，為豎向不規(guī)則結構，這決定了轉換層結構不能以通常結構來進行分析和設計。應特別注意控制轉換層和相鄰層的側向剛度比例。

2 高層建筑轉換層設計原則

由于在建筑物中設置轉換層可使其豎向剛度發(fā)生突變，降低了結構的抗震能力，為了防止這種情況的出現(xiàn)，應遵循以下設計原則：在設置轉換層時，應盡量選用直接落地的豎向構件，因為需結構轉換的豎向構件能夠引起剛度突變，影響結構的抗震能力；另外，應在高層建筑豎向位置較低的地方設置轉換層結構，把握宜低不宜高的原則；對轉換層結構進行優(yōu)化，保證選用的換層結構型式具有明確的傳力路徑，有利于結構分析設計和保證施工量；轉換剛度不可過大，在考慮建筑物安全和經(jīng)濟的前提下，堅持宜小不宜大的方法。

3 實例分析

本工程為高層住宅樓，采用框支剪力墻結構，建筑高度96.0m，地下2層，底下三層商業(yè)，四層樓面轉換，轉換層以上為28層住宅?？拐鹪O防烈度為6度。

3.1 抗震等級的確定

本工程轉換層以下為框架—剪力墻結構，轉換層以上為純剪力墻結構，由于是多層轉換框支剪力墻，不能以單純的框架結構或者剪力墻結構形式來確定抗震等級。按框支剪力墻結構，地上高度96.0m，按《高規(guī)》表3.9.3框支框架為二級，底部加強部分剪力墻為二級，非底部加強部位剪力墻為三級。但由于本工程轉換層在四層樓面，按《高規(guī)》10.2.6條，“對部分框支剪力墻結構，當轉換層的位置設置在3層及3層以上時，其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級宜按本規(guī)程表3.9.3和表3.9.4的規(guī)定提高一級采用，已為特一級時可不提高?！惫时竟こ炭蛑е偷撞考訌姴课患袅拐鸬燃壈匆患壙紤]。

3.2上、下部結構調(diào)整

建筑的側向剛度宜下大上小，且應避免剛度突變，然而帶轉換層的結構顯然有悖于此，因此《高規(guī)》對轉換層結構的側向剛度作了專門規(guī)定。對該工程而言，屬于高位轉換，按《高規(guī)》附錄E中的E.0.2，按層間剪力與位移比算法得出的轉換層與其相鄰上層的側向剛度比不應小于0.6。按《高規(guī)》附錄E中的E.0.3，按附錄E圖E所示的計算模型按公式（E.0.3）計算轉換層下部結構與上部結構的等效側向剛度比宜接近1，不應小于0.8。由此可見，在設計過程中，應把握的原則歸納起來就是要強化下部，弱化上部，盡量避免出現(xiàn)薄弱層?？刹捎靡韵聨c方法進行調(diào)整：

（1）應與建筑工程師協(xié)商，使盡可能多的剪力墻落地，必要時甚至可以在底部增設部分剪力墻（不伸上去）。這是增大底部剛度最有效的方法。除核心筒部分剪力墻在底部必須設置外，還通過與建筑專業(yè)協(xié)商，讓兩側各有一片剪力墻落地，可增強了底部剛度。

（2）底部剪力墻厚度應加大，而減小上部剪力墻厚度，轉換層以下剪力墻厚度取為300～350mm，上部厚度取為200mm。

（3）底部剪力墻應不開洞，以造成剛度削弱太多。

4 結語

總之，轉換層在高層建筑的應用必不可少。每座建筑的結構都有其自身的特點，在進行實際工程設計時，應從建筑功能、結構受力、設備使用、經(jīng)濟合理等多方面入手進行結構的選型和柱網(wǎng)布置，使之更加適合建筑要求。

參考文獻：

[1]李中軍，徐茂江，李龍.預應力混凝土轉換層結構設計[J].建筑結構學報，2008.

[2]覃文勝.高層建筑梁式轉換層結構設計探討[J].中國高新技術企業(yè)，2010.