高层建筑剪力墙结构转换层设计探讨

摘要：高层建筑剪力墙结构转换层受力复杂，为满足现代高层建筑设计需要，就必须在上下不同的结构体系楼层中设置结构转换层。本文结合某高层建筑工程实例，详细阐述了高层建筑剪力墙结构转换层设计要点、构造情况及转换层的设计方法，以供参考借鉴。

关键词：建筑工程；剪力墙；转换层；形式；布置

1 前言

如今，具有多功能和综合用途的高层建筑越来越受到人们的青睐，这种建筑的特点是，在一处建筑楼中，不但可以布置住宅、旅馆区域，并且可以同时建设有办公用房以及商店、餐馆和文化娱乐设施，具有十分广泛的功能特性。但是，功能用途不相同的楼层，其结构设计，空间要求等建设项目都不一样。因此，为建设出具有多功能的建筑物，在结构设计上就必须将建筑上部布置小空间，下部布置大空间；上部布置刚度大的剪力墙，下部布置刚度小的框架柱。因此，结构转换层的设计就显得极为重要了，现针对搞成建筑剪力墙结构转换层设计作相关探讨。

2 转换层按结构功能的分类

2.1 上层和下层结构类型转换

这种转换层广泛应用于剪力墙结构和框架─剪力墙结构中。它将上部剪力墙转换为下部的框架，以创造一个较大的内部自由空间。某高层建筑地下两层为车库及设备用房，地上两层为商场及办公，3层以上为住宅。在2层以下为框架─剪力墙结构，以上为剪力墙结构。该工程就属于这一转换层形式，见图1、图2。

2.2 上、下层的柱网、轴线改变

转换层上下的结构形式没有改变，但是通过转换层使下层柱的柱距扩大，形成大柱网，并常用于外框筒的下层形成较大的入口。某高层住宅地下室为车库，上部为8～10层复式形式住宅，上下均为框架─剪力墙结构，但住宅部分柱距较小且不规则，属于这种转换层形式，如图3、图4所示。

2.3 同时转换结构形式和结构轴线布置

即上部楼层剪力墙结构通过转换层改变为框架的同时，柱网轴线与上部楼层的轴线错开，形成上下结构不对齐的布置。这种转换层形式在普通的商住楼中应用不是很多，但在较高档的宾馆、酒店中常常采用。

3 转换层的结构形式

3.1 内部形成大空间的转换层

内部要形成大空间，包括结构类型转变和轴线转变，可以采用梁式、桁架式、空腹桁架式、箱形和板式转换层。梁式转换层用得最广泛，它设计和施工简单，受力明确，一般广泛应用于底部大空间剪力墙结构；当需要纵横同时转换时，采用双向梁的布置。单向托梁、双向托梁如果连同上下层较厚的楼板共同工作，可以形成刚度很大的箱形转换层。当上下柱网、轴线错开较多，难以用梁直接承托时，可以做成厚板，形成板式承台转换层。板式转换层的下层柱网可以灵活布置，无须与上层结构对齐，但自重很大，材料耗用较多。

3.2 外部形成大入口的转换层

框筒要在底层形成大的入口，可以有多种转换层的形式，如某些建筑就采用的是特殊加工制做的转换钢桁架。

4 转换层的建筑功能

4.1 提供大的室内空间

底层大空间剪力墙结构可以在建筑物下部形成一层或多层的大空间。剪力墙间距小，适合于布置住宅和旅馆的客房层。当需要在底部布置商店、会议厅、餐厅及其它需要较大空间的公用房间时，可以将部分剪力墙通过转换层变为框支剪力墙，用框架柱代替剪力墙以满足建筑功能的要求。

4.2 为建筑提供大的入口

当采用外框筒时，外筒柱距往往在3.0m以内，无法提供建筑物的较大入口。因此必须在下层部分通过转换层改变柱距以形成入口。外框筒的转换层可以采用多种形式的转换结构，如转换梁、转换桁架、转换拱等。

5 底部大空间剪力墙结构布置及计算

底部大空间剪力墙结构的布置，主要考虑两个关键问题：

（1）保证大空间层有充分的刚度，防止沿竖向刚度过于悬殊；

（2）加强转换层的刚度与承载力，保证转换层可以将上部剪力可靠地传到落地剪力墙上去。为了防止沿竖向刚度过于悬殊，转换层设置在1、2层的结构布置上应满足上下层等效剪切刚度比r的要求，r=GiAihi+1/Gi+1Ai+1hi式中，Gi，Gi+1分别为第i层、i+1层混凝土剪变模量；Ai，Ai+1分别为第i层、i+1层的折算抗剪截面面积；A=AWi+移Ci，jAci，j Ci，j=2.5（hci，j/hi）

AW为在所计算的方向上剪力墙的全部有效截面面积；Aci，j为第i层第j根柱的截面面积；hi、hi+1分别为第i层、i+1层的层高；hci，j为第i层第j根柱沿计算方向的截面高度；Ci，j为第i层第j根柱截面面积折算系数，计算值大于1取1；r宜接近1，在非抗震设计时，r不应小于0.4；在抗震设计时，r不应小于0.5。

在上述两个项目中均采用了以下一些结构措施来调节上下层的刚度比r：（1）加大落地剪力墙的厚度，尽量增大落地墙的截面面积；（2）提高大空间层的混凝土强度等级。第一个项目转换层以下剪力墙厚度为500mm，混凝土强度等级为C60；转换层以上剪力墙厚度为200mm，混凝土强度等级为C50～C30逐渐降低。第二个住宅项目转换层以下剪力墙厚度为250mm，混凝土强度等级为C40；转换层以上剪力墙厚度为200，混凝土强度等级为C35、C30，逐渐降低。

转换层楼面受力很大，楼板变形显著，要保证转换层可以将上部剪力可靠地传到落地墙上，楼板应有足够的刚度，通常采用加大楼板厚度的办法。转换楼面应采用厚度不小于180mm的现浇板，并且不要在大空间范围内将楼板开洞。转换层楼板配筋采用双层双向且每一层每一向钢筋的配筋率均不应小于0.25%。

在工程设计时，底部大空间剪力墙结构应采用三维空间分析程序或协同工作程序进行整体结构的内力计算，得到各构件的内力和配筋；然后对框支梁附近楼层进行平面有限元分析，得到详细应力分析，再确定框支梁和附近墙体的配筋。在上部楼层，各片剪力墙刚度成比例变化，外荷载产生的水平力大体上按各片墙的等效刚度成比例分配。在底部大空间层，转换层楼板要完成上下层剪力的重新分配，在平面内受力很大，变形显著。结果使框支柱的位移增大，框支柱的剪力也将比刚性楼板情况下大得多。因此，结构整体计算时可以将转换层楼板设为弹性楼板，并对框支柱内力按规范要求进行适当的调整，这样计算的内力和位移与实测值符合良好。

6 底部大空间剪力墙结构设计要求

底部大空间剪力墙结构设计要求主要有4个方面：（1）转换层楼板；（2）框支梁；（3）框支柱；（4）剪力墙。对于框支梁，除了按计算结果进行设计外，还要满足构造上的要求。框支梁与普通框架梁的区别在于它是偏心受拉构件，下部纵向钢筋应全部伸入柱内，上部纵向钢筋至少应有50%沿梁全长贯通。

框支柱和落地墙在转换层设计中起着至关重要的作用，上部结构的全部重量都要传至框支柱和落地墙上，由它们再传给基础和地基。由于它们的重要性，框支柱要求有比一般框架更大的延性和抗倒塌力，抗震设计时框支柱的轴压比应符合表1要求。

同时，为了保证框支柱的安全可靠，宜将框支柱的竖向钢筋尽可能延伸到上部墙体，延伸长度等于层高。

框支梁上部墙体开有边门洞时，应加强小墙肢配筋，对框支梁必要时应采用加腋梁。为了保证底部大空间层不首先破坏，应保证落地剪力墙有较高的承载力和延性。落地墙的底部弯距设计值应乘以放大系数，墙体底部加强区水平和竖向分布筋的最小配筋率抗震设计时不小于0.3%，非抗震设计时不小于0.25%。

7 几点体会

1）了解建筑功能，合理选择结构形式，保证结构安全、美观、适用、经济。

2）熟悉结构特点，加强薄弱构件的计算及构造。

3）运用基本知识，灵活应用于实践，使不同受力状态的受力构件有机地结合，满足功能要求。

8 结语

总之，剪力墙结构转换层是现代高层建筑结构发展的重点，转换层设计也是结构设计中的难点。随着现代高层建筑平面复杂多样化，在对转换层进行设计时应结合工程实际情况选择合适的方法，才能达到安全经济的综合效果。

参考文献：

[1]王云飞.浅谈高层建筑设计中应注意的问题[J].黑龙江科技信息.2009（26）.

[2]黄志勇.论某高层建筑梁式转换层结构设计[J].广东科技.2009（06）.