结构转换层设计浅析

摘要：以带转换层结构的实际工程为例,分析了高层建筑带转换层结构设计中应该注意的问题,探讨了结构转换层的方案选择、结构布置、结构分析与构造处理。

关键词： 底部大空间 转换梁、柱节点控制

中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：

由于社会生活日趋丰富和多元，现代建筑中沿高度方向使用功能各异，要求不同的空间划分布置，相应地，要求不同的结构形式，如何将这些不同型式的结构通过合理地转换过渡，沿竖向组合在一起，就成为多功能综合性高层建筑结构体系的关键技术。这对高层建筑结构设计提出了新的问题，需要转换层的结构形式来完成上下不同柱网、不同开间、不同结构形式的转换。但结构转换层如何选型、布置和设计，使其更好地实现建筑功能意图，需要我们进行深入的研究。

1转换层的主要结构形式

1.1梁式转换。由于它传力直接，受力明确，构造简单和施工方便，一般用于将上层部分剪力墙转换为下层的框架，形成部分框支剪力墙结构；当纵、横向同时需要转换时，可采用双向梁布置的转换方式。

1.2板式转换层。当上、下柱网、轴线有较大错位，不便用梁式转换时，可以采用板式转换方式。板的厚度一般很大，以形成厚板式承台转换层。它的下层柱网可以灵活布置，不必严格与上层结构对齐，但板很厚，自重很大，材料用量很多。

1.3箱式转换层。当需要从上层向更大跨度的下层进行转换时，若采用梁式或板式转换层已不能解决问题，这种情况下，可以采用箱式转换层。是由上、下层较厚的楼板与单向托梁、双向托梁或经加强的剪力墙共同组成，具有很大的整体空间刚度，能够胜任较大跨度、较大空间、较大荷载的转换。

1.4桁架式转换层。这种形式的转换层受力合理明确，构造简单，自重较轻，材料节省，能适应较大跨度的转换，虽比箱式转换层的整体空间刚度相对较小，但比箱式转换层少占空间。

1.5空腹桁架式转换层。这种形式的转换层与桁架式转换层的优点相似，但空腹桁架式转换层的杆系都是水平、垂直的，而桁架式转换层则具有斜撑竿。空腹桁架式转换层在室内空间利用方面比桁架式转换层好，比箱式转换层更好。

2转换层设计需遵循的原则

2.1减少转换。布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能多的布置成上下主体竖向结构连续贯通，尤其是在核心筒框架结构中，核心筒宜尽量予以上下贯通。

2.2传力直接。布置转换层上下主体竖向结构时，要尽可能使水平转换结构传力直接，尽量避免多级复杂转换，更应尽量避免传力复杂、抗震不利、质量大、耗材多、不经济不合理的厚板转换。

2.3强化下部弱化上部。为保证下部大空间整体结构有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，应尽量强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构刚度，使转换层上下部主体结构的刚度及承载能力尽量接近，避免突变。

2.4优化转换结构。抗震设计时，当建筑功能需要不得已高位转换时，转换结构还宜优先选择引起框支柱（边柱）柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆桁架（包括支撑）、空腹桁架和宽扁梁等，同时要注意其需满足强度、刚度要求，避免脆性破坏。

2.5计算全面准确。必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分，采用符合实际受力变形形态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。

3 转换层结构的设计与构造要点

3.1转换层的结构布置及抗震设计。转换结构可根据其建筑功能和结构传力的需要，沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置；也可在楼层局部布置转换层，但应保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度过于悬殊。底部转换层位置越高，转换层上、下刚度突变越大，转换层上、下内力的突变就越加剧；此外，转换层位置越高，落地剪力墙或筒体易出现受弯裂缝，从而使框支柱的内力增大，转换层上部附近的墙体易于破坏。框支剪力墙结构转换层的位置设置在3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按高规规定提高一级采用，而对于底部带转换层的框架一核心筒结构和为密柱框架的筒中筒结构的抗震等级不必提高，对转换层的转换构件水平地震作用的计算内力需调整增大；8度抗震设计时，还应考虑竖向地震作用的影响。

3.2转换梁的设计与构造要求。转换梁的截面尺寸一般宜由剪压比计算确定，以避免脆性破坏和具有合适的配箍率。转换梁不宜开洞，若需要开洞，洞口宜离开支座柱边一定距离且位于梁截面中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取箍筋加密，箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数1.2,当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同工作，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。

3.3合理安排转换层的位置。由于建筑物的受力模式较为复杂，且建筑物内部所受作用力的种类和分布都会随着建筑高度的增加而发生微妙的变化，当高度达到一定的范围后，建筑物所受的各项作用力的效果便会呈明显的上升趋势，给建筑物的设计带来困难。如果转换层的位置过高，不仅会令转换层内部的受力状况发生改变，还会对上下层面的刚度与受力方式产生影响，使转换层成为建筑物的薄弱环节，降低建筑物的抗震能力。因此，应当尽量降低转换层所处了位置，通常情况下，转换层的位置应以三层以下为宜，最高不得超过六层。 进行转换层前要做好转换层分析计算，整体计算完毕后对转换层本身应采用平面有限元计算软件做局部应力的补充计算。进行局部分析时，应考虑转换结构上下楼层是否进入局部计算模型，以及楼层楼盖平面内刚度影响，注意实际结构的三维空间盒子效应，采用符合实际情况的正确计算模型。框支剪力墙的计算较为复杂，上部剪力墙需与下面多根柱相连接，如果连接不当会产生很大的计算误差。

3.4转换层楼板设计。转换层将框支剪力墙分成上下两部分，对于这两者来说，其受力情况是有一定差距的，在上部的楼层中，因为外荷载而产生的水平力，有自己的分配原则，它是根据剪力墙的刚度来进行的。在下部楼层中，框支柱的刚度与落地的剪力墙的刚度也是不同的，后者承担着水平剪力，也就是说，在转换层处荷载的分配不是很均匀。转换层其楼板具有比较重的任务，比如说上下部分的一些剪力重新分配就是由它负责，转换楼板其自身的变形大、受力大，应该要保持足够的刚度来完成对于自己任务的支撑。

3.5转换层结构设计要注意上下层主体结构刚度。在转换层结构设计时为保证下部拥有较大的空间，使得整体结构在强度、延性、刚度和抗震能力方面符合标准，应尽量强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构刚度，使转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近。对于下部核心筒框架、上部剪力墙的带转换层高层建筑商住楼结构，应强化下部核心筒，可采取加厚筒壁厚度、加大筒体尺寸、加高混凝土强度等级等措施，在特殊情况下还可以在房屋周边增置部分剪力墙，或者在上部剪力墙上开洞、开口、短肢、薄墙等，到达弱化上部剪力墙的目的。有些建筑物对抗震性能要求较高，在进行转换结构设计时就要把抗震因素考虑进去。在抗震设计时，有的转换要求在符合建筑的特殊功能，在这种情况下要进行高位转换，这时候，转换结构要选择引起框支柱（边柱）柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆桁架（包括支撑）、空腹桁架和宽扁梁等。另外，由于设计的目的是抗震，所以要在材料的强度和刚度上达到抗震的标准，否则会因为材料不达标造成抗震设计的失败。

4结束语

带有转换结构的高层建筑已经成为一个主要的发展趋势，鉴于每一座建筑中其结构都有自己的特点，就应该要选取合适的转换层结构，要做好转换结构的设计，在施工中要注意每一个环节，工作人员要做好自己的本职工作，要充分的了解转换层的结构，做好设计，发挥其优势，确保其质量，促进建筑业更好的发展。

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