轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計淺析

【摘要】轉(zhuǎn)換層是建筑物內(nèi)部不可或缺的重要結(jié)構(gòu)之一，轉(zhuǎn)換層一般指建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結(jié)構(gòu)類型，并通過該樓層進行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。現(xiàn)代高層建筑向多功能和綜合用途發(fā)展，在同一豎直線上，頂部樓層布置住宅、旅館，中部樓層作辦公用房，下部樓層作商店、餐館和文化娛樂設施。不同用途的樓層，需要大小不同的開間，采用不同的結(jié)構(gòu)形式。為了滿足建筑功能的要求，結(jié)構(gòu)必須以與常規(guī)方式相反進行布置，上部小空間，布置剛度大的剪力墻，下部大空間，布置剛度小的框架柱。為此，必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設置轉(zhuǎn)換層，稱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。

【關鍵詞】建筑轉(zhuǎn)換層;結(jié)構(gòu)設計;地震作用

1、轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置

底部帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層上部的部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地，因此，必須設置安全可靠的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。按現(xiàn)有的工程經(jīng)驗和研究結(jié)果，轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用轉(zhuǎn)換大梁，絎架，空腹絎架，斜撐，箱型結(jié)構(gòu)以及厚板等形式，形成諸如梁托柱，梁托墻等結(jié)構(gòu)形式。

帶轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒應全部上，下貫通落地并按剛度要求增加墻厚，框支剪力墻結(jié)構(gòu)要有足夠的剪力墻上，下貫通落地并按剛度比要求增加墻厚，長矩形平面的框支剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設計時，其落地剪力墻的間距按相關規(guī)程適當加嚴，比原規(guī)程增加了限制落地柱周圍的樓板不應錯層的規(guī)定。規(guī)范給出了部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的框支層樓板剪力設計值：Vf≤（0.1fc*bf*tf）/γRE

及框支層樓板與落地剪力墻交接截面的受剪承載力，參考如下：Vf≤（fy*As）/γRE

通過加大轉(zhuǎn)換層以上剪力墻連梁尺寸，增大連梁剛度，使結(jié)構(gòu)頂點側(cè)移減小，實際工程中，還應重視概念設計和構(gòu)造措施的保證，另外還應重視延性設計。

2、轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)中，由于設置了轉(zhuǎn)換層，沿建筑物高度方向剛度的均勻性受到很大破環(huán)，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)豎向承載力構(gòu)件不連續(xù)和墻、柱截面的突變，導致傳力路線曲折、變形集中和應力集中，因此轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震性能較差。

現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，9度設計時不應采用帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)。抗震設計時，高位轉(zhuǎn)換對結(jié)構(gòu)受力十分不利。計算分析說明，在水平地震作用下，傾覆力矩分布曲線在轉(zhuǎn)換層處呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)換層下部是以剪力墻為主的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，落地剪力墻所分配的傾覆力矩由轉(zhuǎn)換層往下遞增較快，而支撐框架的傾覆力矩遞增很少。要正確判定轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震等級，尤其確定薄弱層地震剪力時，乘以適當?shù)脑龃笙禂?shù)，地震剪力調(diào)整等。

此外，轉(zhuǎn)換層處，框支剪力墻的大量剪力通過樓板傳遞給落地剪力墻，這也是傾覆力矩曲線呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折的原因。當轉(zhuǎn)換層位置較高時，剪力分配和傳力途徑亦發(fā)生急劇的突變，落地剪力墻更容易產(chǎn)生裂縫，框支剪力墻在轉(zhuǎn)換層上部的墻體所受的內(nèi)力很大，易于破環(huán)，轉(zhuǎn)換層下部的支撐框架更易于屈服，從而容易形成幾個薄弱層。

因此，為保證設計的安全性，規(guī)定部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位置設置在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高規(guī)規(guī)定提高一級采用，已經(jīng)為特一級時不再提高，提高其抗震構(gòu)造措施，而對于底部帶轉(zhuǎn)換層的框架-核心筒結(jié)構(gòu)和外圍為密柱框架的筒中筒結(jié)構(gòu)的抗震等級不必提高。底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑在我國已大量建造，但至今未經(jīng)受到大地震的考驗。轉(zhuǎn)換層上部樓層的部分豎向構(gòu)件不能連續(xù)貫通至下部樓層，因此，轉(zhuǎn)換層時薄弱樓層，其地震剪力需乘以1.15的增大系數(shù)。規(guī)范給出了框支梁節(jié)點區(qū)的鋼筋錨固方式，如圖1：

設計中不要誤認為只要樓層側(cè)向剛度滿足要求，該樓層就不是薄弱層。對轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用的計算內(nèi)力需調(diào)整增大，8度抗震設計時，還應考慮豎向地震作用的影響。轉(zhuǎn)換構(gòu)件的豎向地震作用，可采用反應譜方法或動力時程分析方法計算，作為近似考慮，也可將轉(zhuǎn)換構(gòu)件在重力荷載標準作用下的內(nèi)力乘以增大系數(shù)1.1.

規(guī)范給出了部分框支剪力墻高層結(jié)構(gòu)在地面以上的大空間層數(shù)，參考下表1：

高規(guī)中對框支柱的內(nèi)力增大幅度比較高;轉(zhuǎn)換層位置在3層及3層以上的結(jié)構(gòu)對抗震更為不利，其內(nèi)力增大幅度也適當提高。高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是一種受力復雜的不利抗震的結(jié)構(gòu)，規(guī)范規(guī)定，抗震設防烈度9度（0.4g）時不應采用。帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計可根據(jù)設防烈度、結(jié)構(gòu)類型、構(gòu)件種類和房屋高度，采用相應抗震等級進行相應的計算和采取相應的構(gòu)造措施。

3、正確計算轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的上下層剛度比

高層建筑結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層的上下樓層的剛度比是結(jié)構(gòu)設計中的一個重要問題，考慮不周易造成安全隱患。轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比計算時宜綜合考慮各構(gòu)件的剪切、彎曲和軸向變形對結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響。當轉(zhuǎn)換層設置在3層及3層以上時，其樓層側(cè)向剛度尚不應小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的60%。這一規(guī)定是為了防止出現(xiàn)轉(zhuǎn)換層的下部樓層剛度較大，而轉(zhuǎn)換層本層的側(cè)向剛度較小。此時應分別計算等效側(cè)向剛度比和轉(zhuǎn)換層本層與轉(zhuǎn)換層相鄰上部樓層側(cè)向剛度比，設計中應同時滿足上述兩項條件。與此同時，轉(zhuǎn)換層上下層主體結(jié)構(gòu)的剪切剛度比在下列兩種情況下按下述取值：

3.1擴大外圍柱距的框筒結(jié)構(gòu)或內(nèi)部抽柱的框架結(jié)構(gòu)

此種情況下剪切剛度比應取1，即保證上下層剪切剛度不變。此時建議轉(zhuǎn)換層以下采用鋼骨混凝土或鋼管混凝土;

3.2底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)

此時底部剛度顯著減小，控制轉(zhuǎn)換層上下剪切剛度比，當?shù)撞繛橐粚訒r，宜接近1，非抗震設計時不應大于3，抗震設計時不應大于20

總結(jié)：

轉(zhuǎn)換層是建筑物內(nèi)部不可或缺的重要結(jié)構(gòu)之一，轉(zhuǎn)換層一般指建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結(jié)構(gòu)類型，并通過該樓層進行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。高層建筑多為低層商用，上部住宿的多功能要求，在低層商用要求的大空間與上部住宿要求的多墻多柱的小空間之間，往往需要采用一定的結(jié)構(gòu)形式進行轉(zhuǎn)換處理，即加設轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層常用的結(jié)構(gòu)形式包括梁式、空腹桁架式、斜桿桁架式、箱形和板式。另在房屋設計中如上下兩層平面功能不同，亦對樓板墻體等進行結(jié)構(gòu)加強，做轉(zhuǎn)換處理。做好建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設計，對完善建筑物的使用功能，確保建筑物的使用安全有重要意義。

參考文獻：

[1]唐興榮.《高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計與施工》[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社

[2]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010

[3]《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010

作者簡介：

張春艷（1983.03--），性別：女，民族：漢，籍貫：內(nèi)蒙古商都人，學歷：碩士研究生，現(xiàn)有職稱：中級工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。