高層轉換結構的抗震設計

摘要：高層建筑功能和形式日益多樣化，當多功能綜合大樓要求一棟建筑物的上部和下部使用功能不同時，結構布置也要相應改變，設置轉換構件。文章以實際工程為例，分析了高位轉換層的高層建筑結構設計方法及要點，為同行建筑結構設計者提供參考、借鑒。

關鍵詞：結構設計；高位轉換層；中震彈性設計；單塔模型；雙塔模型

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）27-0086-02

1 工程概況

某高層建筑，地下一層，地上八層，總高44.280m。地下室層高4.8m，首層層高5.750m，其余層5.490m。結構類型為框架-剪力墻結構。結構平面長85.85m，寬22.2m。塔樓在五層以下是大門洞，五層以上洞口上方有四層通過連接體結構相連接成一體，連接體部分跨度為18m。結構標準層、高位連體平面及立面圖分別見（圖1、圖2）。抗震設防烈度為8度，抗震設防類別為丙類，框架抗震等級為二級，剪力墻抗震等級為一級，設計地震分類為一組，設計地震加速度為0.2g，建筑場地類別為Ⅲ類，基本風壓按50年一遇的風壓值W0=0.45Kn/m2考慮。

在考慮偶然偏心影響的地震作用下，SATEW整體計算分析得到的樓層最大彈性位移與平均位移的比值最大為1.35<1.5；結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主第一自振周期之比為0.742<0.9，滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第3.4.5條規定。通過陣型曲線分析、層間地震作用分析、樓層地震剪力分布分析、最大層間位移角曲線、最大樓層位移曲線、平面扭轉不規則指標控制等的分析對比可知采用SATWE進行整體計算分析時，按雙塔計算模型和單塔計算模型計算的結果非常接近，但按雙塔計算模型能更清楚地反映連接體兩側塔樓各自的受力與變形形態。

2.2 抗震等級確定

本工程轉換層以上為框架結構，以下為框架-剪力墻結構，是多種結構形式并存的復雜高層建筑，不能像單純的框架結構、剪力墻結構或框架-剪力墻結構那樣統一確定抗震等級，而應根據現行規范不同章節的規定，并考慮該工程自身的特點，有針對性地分別確定不同部位不同構件的抗震等級。建筑高度44.28m，8度設防，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》框架抗震等級應為二級，剪力墻應為一級。由于轉換層位于第五層，屬高位轉換，據《高層建筑混凝土結構技術規程》10.2.6條轉換層及相鄰上下層的框架梁柱抗震等級確定為一級。

2.3 豎向結構設計

為保證轉換層上下主體結構側向剛度盡量接近、平滑過渡，須把握強化下部、弱化上部的原則。本工程采取的主要措施有：（1）轉換層樓板加厚至180mm，轉換層上下層各加厚至150mm，以增強樓板剛度；（2）與轉換層相連的豎向構件采用勁性混凝土結構，利用SATWE和PMSAP計算程序分別進行整體結構分析后，程序均未發現薄弱層，且轉換層上部與下部結構的等效剛度比的SATWE計算結果為：X方向為0.8960，Y方向為0.7621。滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》附錄E的要求，說明結構豎向剛度過渡平穩，豎向結構設計合理。對計算結果進行分析，在滿足了周期比、位移比、層剛度比、剪重比、剛重比、樓層抗剪承載能力比和軸壓比等各項結構指標，且無超筋的情況下，就可以認為滿足初步計算要求了。

2.4 時程分析多遇地震補充計算

取用7組時程曲線，實際地震記錄5組，人工模擬地震記錄2組，地震波的持續時間取基本自振周期的5倍和15s，地震波的時間間隔取0.01s。地震作用效應可取時程分析計算結果的平均值與陣型分解反應譜法計算結果的較大值。

3 轉換層設計

根據《建筑抗震設計規范》提出的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的“三水準”抗震設防目標及《高層建筑混凝土結構技術規程》提出的抗震性能化設計要求，對連接體部分及上下相鄰部分采用設防烈度地震性能目標C的要求進行設計。以提高轉換結構的變形能力并同時提高抗震承載力

4 抗震加強措施

在本工程中，連體結構兩個獨立部分體型相近，在結構整體平面布置中，通過調整其平面結構布置使其剛度盡量接近，盡量使扭轉周期與平動周期避開，減小扭轉變形。連接體部分采用型鋼混凝土梁柱結構，提高了聯體部分的承載能力和變形能力，連接體及與連接體相鄰的結構構件的抗震等級提高一級。轉換處的樓板除了采用復雜樓板有限元分析外，在連接體部分樓板厚度提高到180mm，轉換層上下層各加厚至150mm，樓板加厚范圍延伸至聯體兩側一個跨的范圍，并按雙層雙向配筋。

5 結語

帶轉換層的高層建筑結構設計，必須首先從整體上做好概念設計。根據結構具體情況，采用多種模型的包絡設計。整體設計階段最好選用兩個結構計算軟件進行比較分析，建立可靠的計算模型，分析、評判結構總體受力特點，修改、優化整體結構布置。對重要的部位，完全超出規范規定的常規設計的情況，需要進行局部抗震性能化設計，這樣可以保證重要部位的安全性能。

參考文獻

[1] 高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2010）[S].

[2] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計優化與合理構造[M].北京：中國建筑工業出版社，2008，（12）.

[3] 建筑抗震設計規范（GB50011-2010）[S].

[4] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計中疑難問題的處理及算例[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[5] 朱炳寅.高層建筑混凝土結構技術規程應用與分析[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[6] 朱炳寅.建筑抗震設計規范應用與分析[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

作者簡介：孟君巖（1980-），女，河北滄州人，供職于中國新興建設開發總公司，中級職稱，研究方向：結構設計與施工的管理。endprint

摘要：高層建筑功能和形式日益多樣化，當多功能綜合大樓要求一棟建筑物的上部和下部使用功能不同時，結構布置也要相應改變，設置轉換構件。文章以實際工程為例，分析了高位轉換層的高層建筑結構設計方法及要點，為同行建筑結構設計者提供參考、借鑒。

關鍵詞：結構設計；高位轉換層；中震彈性設計；單塔模型；雙塔模型

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）27-0086-02

1 工程概況

某高層建筑，地下一層，地上八層，總高44.280m。地下室層高4.8m，首層層高5.750m，其余層5.490m。結構類型為框架-剪力墻結構。結構平面長85.85m，寬22.2m。塔樓在五層以下是大門洞，五層以上洞口上方有四層通過連接體結構相連接成一體，連接體部分跨度為18m。結構標準層、高位連體平面及立面圖分別見（圖1、圖2）。抗震設防烈度為8度，抗震設防類別為丙類，框架抗震等級為二級，剪力墻抗震等級為一級，設計地震分類為一組，設計地震加速度為0.2g，建筑場地類別為Ⅲ類，基本風壓按50年一遇的風壓值W0=0.45Kn/m2考慮。

在考慮偶然偏心影響的地震作用下，SATEW整體計算分析得到的樓層最大彈性位移與平均位移的比值最大為1.35<1.5；結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主第一自振周期之比為0.742<0.9，滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第3.4.5條規定。通過陣型曲線分析、層間地震作用分析、樓層地震剪力分布分析、最大層間位移角曲線、最大樓層位移曲線、平面扭轉不規則指標控制等的分析對比可知采用SATWE進行整體計算分析時，按雙塔計算模型和單塔計算模型計算的結果非常接近，但按雙塔計算模型能更清楚地反映連接體兩側塔樓各自的受力與變形形態。

2.2 抗震等級確定

本工程轉換層以上為框架結構，以下為框架-剪力墻結構，是多種結構形式并存的復雜高層建筑，不能像單純的框架結構、剪力墻結構或框架-剪力墻結構那樣統一確定抗震等級，而應根據現行規范不同章節的規定，并考慮該工程自身的特點，有針對性地分別確定不同部位不同構件的抗震等級。建筑高度44.28m，8度設防，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》框架抗震等級應為二級，剪力墻應為一級。由于轉換層位于第五層，屬高位轉換，據《高層建筑混凝土結構技術規程》10.2.6條轉換層及相鄰上下層的框架梁柱抗震等級確定為一級。

2.3 豎向結構設計

為保證轉換層上下主體結構側向剛度盡量接近、平滑過渡，須把握強化下部、弱化上部的原則。本工程采取的主要措施有：（1）轉換層樓板加厚至180mm，轉換層上下層各加厚至150mm，以增強樓板剛度；（2）與轉換層相連的豎向構件采用勁性混凝土結構，利用SATWE和PMSAP計算程序分別進行整體結構分析后，程序均未發現薄弱層，且轉換層上部與下部結構的等效剛度比的SATWE計算結果為：X方向為0.8960，Y方向為0.7621。滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》附錄E的要求，說明結構豎向剛度過渡平穩，豎向結構設計合理。對計算結果進行分析，在滿足了周期比、位移比、層剛度比、剪重比、剛重比、樓層抗剪承載能力比和軸壓比等各項結構指標，且無超筋的情況下，就可以認為滿足初步計算要求了。

2.4 時程分析多遇地震補充計算

取用7組時程曲線，實際地震記錄5組，人工模擬地震記錄2組，地震波的持續時間取基本自振周期的5倍和15s，地震波的時間間隔取0.01s。地震作用效應可取時程分析計算結果的平均值與陣型分解反應譜法計算結果的較大值。

3 轉換層設計

根據《建筑抗震設計規范》提出的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的“三水準”抗震設防目標及《高層建筑混凝土結構技術規程》提出的抗震性能化設計要求，對連接體部分及上下相鄰部分采用設防烈度地震性能目標C的要求進行設計。以提高轉換結構的變形能力并同時提高抗震承載力

4 抗震加強措施

在本工程中，連體結構兩個獨立部分體型相近，在結構整體平面布置中，通過調整其平面結構布置使其剛度盡量接近，盡量使扭轉周期與平動周期避開，減小扭轉變形。連接體部分采用型鋼混凝土梁柱結構，提高了聯體部分的承載能力和變形能力，連接體及與連接體相鄰的結構構件的抗震等級提高一級。轉換處的樓板除了采用復雜樓板有限元分析外，在連接體部分樓板厚度提高到180mm，轉換層上下層各加厚至150mm，樓板加厚范圍延伸至聯體兩側一個跨的范圍，并按雙層雙向配筋。

5 結語

帶轉換層的高層建筑結構設計，必須首先從整體上做好概念設計。根據結構具體情況，采用多種模型的包絡設計。整體設計階段最好選用兩個結構計算軟件進行比較分析，建立可靠的計算模型，分析、評判結構總體受力特點，修改、優化整體結構布置。對重要的部位，完全超出規范規定的常規設計的情況，需要進行局部抗震性能化設計，這樣可以保證重要部位的安全性能。

參考文獻

[1] 高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2010）[S].

[2] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計優化與合理構造[M].北京：中國建筑工業出版社，2008，（12）.

[3] 建筑抗震設計規范（GB50011-2010）[S].

[4] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計中疑難問題的處理及算例[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[5] 朱炳寅.高層建筑混凝土結構技術規程應用與分析[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[6] 朱炳寅.建筑抗震設計規范應用與分析[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

作者簡介：孟君巖（1980-），女，河北滄州人，供職于中國新興建設開發總公司，中級職稱，研究方向：結構設計與施工的管理。endprint

摘要：高層建筑功能和形式日益多樣化，當多功能綜合大樓要求一棟建筑物的上部和下部使用功能不同時，結構布置也要相應改變，設置轉換構件。文章以實際工程為例，分析了高位轉換層的高層建筑結構設計方法及要點，為同行建筑結構設計者提供參考、借鑒。

關鍵詞：結構設計；高位轉換層；中震彈性設計；單塔模型；雙塔模型

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）27-0086-02

1 工程概況

某高層建筑，地下一層，地上八層，總高44.280m。地下室層高4.8m，首層層高5.750m，其余層5.490m。結構類型為框架-剪力墻結構。結構平面長85.85m，寬22.2m。塔樓在五層以下是大門洞，五層以上洞口上方有四層通過連接體結構相連接成一體，連接體部分跨度為18m。結構標準層、高位連體平面及立面圖分別見（圖1、圖2）。抗震設防烈度為8度，抗震設防類別為丙類，框架抗震等級為二級，剪力墻抗震等級為一級，設計地震分類為一組，設計地震加速度為0.2g，建筑場地類別為Ⅲ類，基本風壓按50年一遇的風壓值W0=0.45Kn/m2考慮。

在考慮偶然偏心影響的地震作用下，SATEW整體計算分析得到的樓層最大彈性位移與平均位移的比值最大為1.35<1.5；結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主第一自振周期之比為0.742<0.9，滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第3.4.5條規定。通過陣型曲線分析、層間地震作用分析、樓層地震剪力分布分析、最大層間位移角曲線、最大樓層位移曲線、平面扭轉不規則指標控制等的分析對比可知采用SATWE進行整體計算分析時，按雙塔計算模型和單塔計算模型計算的結果非常接近，但按雙塔計算模型能更清楚地反映連接體兩側塔樓各自的受力與變形形態。

2.2 抗震等級確定

本工程轉換層以上為框架結構，以下為框架-剪力墻結構，是多種結構形式并存的復雜高層建筑，不能像單純的框架結構、剪力墻結構或框架-剪力墻結構那樣統一確定抗震等級，而應根據現行規范不同章節的規定，并考慮該工程自身的特點，有針對性地分別確定不同部位不同構件的抗震等級。建筑高度44.28m，8度設防，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》框架抗震等級應為二級，剪力墻應為一級。由于轉換層位于第五層，屬高位轉換，據《高層建筑混凝土結構技術規程》10.2.6條轉換層及相鄰上下層的框架梁柱抗震等級確定為一級。

2.3 豎向結構設計

為保證轉換層上下主體結構側向剛度盡量接近、平滑過渡，須把握強化下部、弱化上部的原則。本工程采取的主要措施有：（1）轉換層樓板加厚至180mm，轉換層上下層各加厚至150mm，以增強樓板剛度；（2）與轉換層相連的豎向構件采用勁性混凝土結構，利用SATWE和PMSAP計算程序分別進行整體結構分析后，程序均未發現薄弱層，且轉換層上部與下部結構的等效剛度比的SATWE計算結果為：X方向為0.8960，Y方向為0.7621。滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》附錄E的要求，說明結構豎向剛度過渡平穩，豎向結構設計合理。對計算結果進行分析，在滿足了周期比、位移比、層剛度比、剪重比、剛重比、樓層抗剪承載能力比和軸壓比等各項結構指標，且無超筋的情況下，就可以認為滿足初步計算要求了。

2.4 時程分析多遇地震補充計算

取用7組時程曲線，實際地震記錄5組，人工模擬地震記錄2組，地震波的持續時間取基本自振周期的5倍和15s，地震波的時間間隔取0.01s。地震作用效應可取時程分析計算結果的平均值與陣型分解反應譜法計算結果的較大值。

3 轉換層設計

根據《建筑抗震設計規范》提出的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的“三水準”抗震設防目標及《高層建筑混凝土結構技術規程》提出的抗震性能化設計要求，對連接體部分及上下相鄰部分采用設防烈度地震性能目標C的要求進行設計。以提高轉換結構的變形能力并同時提高抗震承載力

4 抗震加強措施

在本工程中，連體結構兩個獨立部分體型相近，在結構整體平面布置中，通過調整其平面結構布置使其剛度盡量接近，盡量使扭轉周期與平動周期避開，減小扭轉變形。連接體部分采用型鋼混凝土梁柱結構，提高了聯體部分的承載能力和變形能力，連接體及與連接體相鄰的結構構件的抗震等級提高一級。轉換處的樓板除了采用復雜樓板有限元分析外，在連接體部分樓板厚度提高到180mm，轉換層上下層各加厚至150mm，樓板加厚范圍延伸至聯體兩側一個跨的范圍，并按雙層雙向配筋。

5 結語

帶轉換層的高層建筑結構設計，必須首先從整體上做好概念設計。根據結構具體情況，采用多種模型的包絡設計。整體設計階段最好選用兩個結構計算軟件進行比較分析，建立可靠的計算模型，分析、評判結構總體受力特點，修改、優化整體結構布置。對重要的部位，完全超出規范規定的常規設計的情況，需要進行局部抗震性能化設計，這樣可以保證重要部位的安全性能。

參考文獻

[1] 高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2010）[S].

[2] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計優化與合理構造[M].北京：中國建筑工業出版社，2008，（12）.

[3] 建筑抗震設計規范（GB50011-2010）[S].

[4] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計中疑難問題的處理及算例[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[5] 朱炳寅.高層建筑混凝土結構技術規程應用與分析[M].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[6] 朱炳寅.建筑抗震設計規范應用與分析[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

作者簡介：孟君巖（1980-），女，河北滄州人，供職于中國新興建設開發總公司，中級職稱，研究方向：結構設計與施工的管理。endprint