帶轉換層高層建筑結構設計建議

鄭瑤

摘要：轉換層結構在現代高層建筑中應用較為廣泛，通過轉換層的運用可以更好的體現建筑結構的多樣性，滿足大跨度的使用要求，使建筑空間得到合理的分配。因此，設計人員在進行建筑結構設計的時候要合理運用轉換層設計，使其更好的發揮作用，促進建筑行業的發展。本文以某高層建筑工程為例，對梁式轉換層結構設計進行探討，為同類工程建設提供參考。

關鍵詞：高層建筑；梁式轉換層；結構設計

近些年，高層建筑的功能性越來越強，結構設計也趨于復雜化、多樣化，很多建筑都是上部作為民用住宅，下部主要是集購物、餐飲、娛樂及停車為一體的商用建筑。因建筑的使用功能不同，空間劃分不同，在結構設計中，應綜合考慮建筑的平面及功能方面的需求合理選擇轉換型式，正確確定建筑抗震類別，正確選擇各部分的抗震等級，注重結構構件的延性設計，對主要構件進行加強，使之符合建筑各方面的需求。

一、梁式轉換層結構的設計原則

帶轉換層的高層建筑結構是一種受力形式復雜、不利于抗震的復雜結構體系，當需要考慮抗震設計時，整體結構設計需要遵循以下原則：

1.傳力直接，避免出現多次轉換

在對轉換層上下部分的豎向結構進行布置時，要盡量做到水平轉換結構具有明確直接的傳力路徑，通過對結構進行合理的布置，使上部荷載通過轉換托梁直接傳給豎向承重構件，盡可能的避免水平多級轉換，實現傳力路徑的最短化。

2.加強下部結構，弱化上部結構

要保證轉換層底部結構具有足夠的強度、剛度、延性和抗震能力，需適當增強轉換層下部主體結構的剛度，降低轉換層上部主體結構的剛度，盡量保證轉換層上下部主體結構的剛度和變形接近，避免出現結構薄弱層。

3.計算準確

在進行計算時應將轉換層作為整體結構中的組成部分，根據結構的實際受力變形狀態建立準確的計算模型，利用PKPM或其他結構分析軟件進行三維空間整體結構計算分析。對轉換層應采用有限元軟件進行局部補充計算，根據規范規定，轉換結構局部計算模型應包括轉換層、轉換層以上至少2層結構和所記入樓層的平面內剛度，并考慮結構的三維空間盒子效應，采用實際的邊界條件進行計算分析。

二、轉換層結構設計中需要注意的問題

1.轉換層的豎向布置

對于轉換層的豎向布置，在設計過程中要堅持以下幾方面的原則：1）根據建筑轉換層結構的建筑功能和結構傳力的路徑，在布置轉換層結構時應沿建筑高度方向進行靈活布置；2）在設計過程中，可以把轉換層作為正常使用的樓層，也可以作為技術設備層；3）建筑轉換層在設計過程中，可以根據建筑的實際情況，在建筑的局部布置轉換層結構；4）要保證轉換層有足夠的強度和剛度，而且還要使豎向的剛度不能過大。

2.抗震等級布置

在一般的建筑設計過程中，轉換層以上通常是純剪力墻結構，轉換層以下通常是框架—剪力墻結構，此時該建筑屬于集多種形式于一體的復雜建筑結構，所以，不能籠統和簡單的確定抗震等級。在建筑施工的過程中，要嚴格按照相關的規定，針對性地分別確定建筑不同的結構體系各個部件的抗震等級，并做出相應的設計。框支剪力墻的墻底應該為二級，非底部加強的部位應該為三級，由于轉換層建筑一般設在建筑的4樓，屬于高位轉換的類型，根據相關的抗震等級布置規定，當轉換層的位置設置在3層及3層以上時，應該加強框支柱、剪力墻底部的抗震等級。

3.受力性能的問題

對于高層建筑物梁式轉換層結構設計方案，建筑師在最初進行結構設計時，一般很少考慮高層建筑的具體結構特征，而是將重點放在了高層建筑物的空間結構上，使得高層建筑梁式轉換層結構設計的受力性能存在一定問題。在進行高層建筑物梁式轉換層結構設計時，應該明確所選擇結構體系中向下作用力和地基承載力之間的關系，對高層建筑主要承重部位的布局和數量進行總體設計。

三、高層建筑梁式轉換層結構設計案例分析

1.工程概況

某綜合大樓地上28層，地下室2層，建筑高度99.7m，其中裙房1～4層為商業樓層，5～28層為住宅樓。本工程上下部建筑功能不同，上部住宅部分采用小開間的剪力墻，商業樓層，主樓向外延伸若干榀裙房框架，建筑功能需要大開間的結構布置，部分剪力墻不能落地。綜合整個功能布局，本工程在4層設置轉換層，采用梁式轉換層結構，轉換層兼做設備層，整體結構為部分框支剪力墻結構。

2.抗震等級的確定

根據《高層建筑混凝土結構技術規程》本工程為丙類建筑，抗震設防烈度為Ⅶ度，框支框架及底部加強部位的剪力墻抗震等級為一級。根據規程當轉換層設置在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需提高一級采用。本工程轉換層設置在第四層，框支框架和底部加強部位的剪力墻抗震等按特一級采用。

3.轉換梁設計

高層梁式轉換結構其轉換梁的承載力通常都是斜截面受剪承載力起控制作用。斜截面受剪承載力主要由混凝土和箍筋承擔，雖然梁水平腰筋也能分擔一部分剪力，但通常在計算時不予考慮，僅作為結構的安全儲備。因此適當提高轉換梁的水平腰筋不但可以減少裂縫的產生，而且還能增強轉換梁的受剪承載力。

轉換梁的正截面受彎承載力計算按照普通梁進行計算。由于轉換梁的尺寸比較大，使得其上部結構荷載在轉換梁上產生了一定的偏心距，進而產生扭矩，然而轉換梁自身的抗扭承載力比較低，因此在進行轉換梁設計的過程中需要通過計算來確定轉換梁的抗扭承載力，此外還可以通過設置雙向轉換梁來平衡扭矩。

4.框支柱的設計

在本工程中框支柱是非常重要的構件，為確保框支柱的安全性，在進行設計時對柱端的剪力和柱端彎矩乘以相應的放大系數，每層框支柱承受剪力之和取底部總剪力的30%。當采用計算機進行計算時，通常都會假定樓板剛度無限大，水平剪力按照豎向構件的剛度進行分配，而底部剪力墻的剛度遠遠大于框支柱的剛度，使得框支柱分配的剪力非常小。然而在實際工程中，樓板也會發生變形以及剪力墻裂縫，都會造成底部剪力墻剛度的下降，進而會增大框支柱的剪力，因而我國現行規范對底部框支柱的剪力增大也做出了單獨的規定。

5.轉換層樓板的設計

根據傳力途徑，水平剪力通過轉換層傳到下部結構，此時轉換層樓板平面內受力很大，樓板會發生很大的變形，因此對于轉換層樓板應適當加厚，利于轉換層在其平面內進行剪力重分配，同時增強了轉換梁的側向剛度和抗扭剛度，在一定程度上也滿足了在進行結構整體計算時對樓層剛度無限大的基本假定。本工程轉換板的混凝土強度采用C40，并采用雙層雙向鋼筋，每排鋼筋的配筋率為0.28%，此外轉換層樓板應盡量避免大開洞，當無法避免時應在洞口四周設置暗梁，且樓板的開洞位置盡量遠離外側邊，并適當的加強轉換層相近的樓板。

四、結束語

高層建筑梁式轉換層結構的設計，需要根據建筑功能的功能要求以及平面布置，選擇合理整體結構形式和轉換層的結構形式。對于抗震設防區還應準確的確定不同部位的抗震等級，在進行工程設計時，結構設計工程師應對結構進行反復的調整和對比，確保高層建筑結構的安全性以及經濟性。

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