高層建筑轉換層結構設計探討

莫海剛

（身份證號：1325291976****3814）

一、轉換層結構概念的提出

近年來，國內外高層建筑發展迅速，現代建筑越建越高、越建越大，其建筑向著體形復雜、功能多樣的綜合性方向發展。從建筑功能上看，上部需要小開間的軸線布置和需要較多的墻體以滿足公寓客房的功能要求：中部則需要小的或中等大小的室內空間，可以在柱網中布置一定數量的墻體以滿足辦公用房的功能要求：下部需要盡可能大的自由靈活的室內空間，要求柱網大、墻體盡量少，以滿足商場、餐飲等公共設施的功能要求。從建筑結構上說，要想實現建筑使用功能的多樣性，結構應上部布置小空間、下部布置大空間：上部布置剛度大的剪力墻，下部布置剛度小的框架柱。為了實現這種結構布置，必須在結構轉換的樓層設置水平轉換結構，上部豎向構件通過水平轉換結構與下部豎向構件相連，這樣構成的高層建筑結構稱為帶轉換層高層建筑結構。轉換層結構（Transfer Floor Structure）將不同的結構類型連接起來，使得結構在豎向具有不同的柱網及墻體布置。

二、轉換層設計原則

高層建筑中轉挨層的設置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時在轉換層上下容易形成薄弱環節，對結構抗震不利，故轉換層結構在設計時應遵循以下原則：

1.減少轉換

布置轉換層時，當上下主體是豎向結構時，尤其對于有框架核心筒結構中核心筒的情況時，應該注意使盡可能多的上部豎向結構，并且能向下落地連續貫通。

2.傳力直接

傳力直接能夠對整體結構有很好的轉換作用，布置轉換層上下主體豎向結構時，應該盡量避免多級復雜轉換，這樣使水平轉換結構傳力直接，而且慎重采用傳力復雜、抗震不利的厚板轉換，如上下柱網確實無法對齊時，盡量采用箱形轉換。

3.優化轉換結構

當建筑功能里面考慮到抗震設計，宜優先選擇如斜腹桿桁架(包括斜撐)、空腹桁架和扁梁等，不致引起地震作用下框支柱(邊柱)柱頂彎矩過大、柱剪力過大的結構形式。同時要注意需滿足重力荷載作用下強度、剛度要求。

4.保證強度

設計中應當確保轉換層有足夠的剛度，一般應使梁的高度不小于跨度的六分之一，才能保證內力在轉換層及其下部構建中分配合理，轉換梁、剪力墻柱有良好的受力性質，能較好的祈禱結構轉換作用。

三、高層建筑轉換層結構實例設計探討

高層建筑轉換層結構實例設計中設計到的問題繁多，在這里以某高層建筑設計為例，探討其中的一兩點問題。

（一）工程概況

該工程地下二層,地上裙房三層,總層數二十八層。一層.二層高為4.5米,三層層高均為5.5米,四層至三十一層層高均為3.0米,建筑物總高89.95m。該工程地下二層為車庫及平戰結合的六級民防地下室,地下一層為車庫及商鋪。地上部分一～三層為商場,四～二十八層為住宅。建筑抗震設防類別：為丙類;抗震設防烈度為6度,設計基本地震加速度0.05g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類。轉換層設在第三層樓面。本工程選用梁氏轉換層結構進行設計施工。

（二）設計計算要點

本工程選取合適的三維空間分析軟件進行整體結構計算分析。建立了能反映結構中各構件的實際受力狀況的力學模型。抗震計算中，考慮平扭耦聯計算結構的扭轉效應，振型數取21，且振型參與質量略大于總質量的90%。應采用彈性時稱分析法進行了補充計算；本工程為 8度抗震設計時，轉換構件考慮到了豎向地震的作用，采用動力時程分析方法計算；框支轉換中，由于轉換層以下的落地剪力墻剛度遠大于框支柱，為提高剪力墻裂縫開展后框支柱的承載力安全度，對本工程框支柱的剪力作相應調整。本工程對于轉換層以及底部加強部位給予特別加強，體現“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強底層柱底”、“強底層墻底”等的一系列內力設計值調整系數均按照規范進行考慮設計。

（三）構造設計

構造措施首先對整體結構進行概念設計，采用必要的結構構造措施是保證抗震設防要求的重要手段。本工程采用了以下一些構造措施：

1.加強底部框支層的剛度和延性。根據轉換層結構設計原則，轉換層上下結構側向剛度比值在抗震設計時不應大于2。為了減小上下層剛度比，底部兩層核心筒及剪力墻厚度300mm，混凝土強度等級C35～C25；3層以上為200mm，混凝土強度等級C35～C25。由于核心筒位置較偏，北向剛度較大，因此在底部南邊位置適當部位增設了剪力墻，使剛心和質心盡量重合，也提高了底部剛度，使其滿足剛度比限值。

2.加強轉換層樓板的剮度及延性，確保水平荷載的可靠傳遞，樓板厚度取為180mm，雙層雙向配筋，每層每方向的配筋率為0.25%，加強了整體性。

（四）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,是多種結構形式共存的復雜高層建筑,因而不能象單純的框架結構或剪力墻結構那樣籠統地確定抗震等級,而應該嚴格按照現行規范的不同章節,有針對性地分別確定結構體系各部位不同結構構件的抗震等級,這是設計的關鍵點。

四、結束語

結構轉換層,是高層建筑結構的關鍵部位,結構轉換層的設計方法,直接影響高層建筑的工程質量。因此,在設計中采用技術上先進,經濟上合理的方案,歷來是建筑業工程設計人員所追求的目標。