浅谈高层建筑的结构转换层设计

摘要：文章简要介绍了转换层的设计原则及设计要点，并结合工程实例，具体分析其设计要点，以供参考。

关键词：高层建筑；转换层；结构；设计

Abstract: this paper briefly introduces the conversion layers the design principle and design points, and combined with engineering example, specific analysis key points of the design for your reference.

Keywords: high building; Conversion layers; Structure; design

中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：

随着社会经济的快速发展，人们对高层建筑的功能要求不断提高。为了适应高层建筑的要求，转换层的建筑结构应运而生。选择什么样的转换层既能满足建筑底部大空间上部小开间的要求，又能不失空间工作性能是工程上十分关注的。因为在建筑结构中如果承力构件不连续，必然导致传力路线迂回曲折，甚至造成传力路线采明确，出现抗震薄弱环节。因此，我们必须要正确的选择和合理设计转换层，才能保证建筑的安全性。

一、转换层结构的设计原则

（一）竖向布置

转换结构可以根据建筑功能和传力的需要，沿建筑高度方向灵活布置，转换层空间还可以作为正常使用层或者设备层，但必须保证转换层有足够的刚度，以防止沿竖向刚度突变过大。若结构整体刚度有可能不足时，在结构竖向某个部位设置水平刚性楼层，人为地加强结构的整体弯曲效应，这时转换层可同建筑物的加强层、设备层等统一考虑。对商业住宅类建筑来说，塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层，同时加大屋面梁、板尺寸和厚度，尽量避免中间出现刚度很小的楼层，以减小震害。

（二）平面布置

A．布置在周围柱列或角筒上。为了扩大底层入口，可把水平转换构件布置在平面周边柱列或角筒上。

B．纵横向布置。为了得到较大的内部空间，转换梁可沿横向或纵向平行布置；当需要纵横向同时转换时，采用双向梁方式进行布置。

C.调隔布置，并与相邻层错开布置。

D.相邻层要互相垂直布置。

(三)结构布置

如果底部转换层位置过高，将使结构沿竖向刚度上的突变加剧，落地剪力墙或简体易出现受弯裂缝，从而使框支柱的内力增大，导致转换层上部附近的墙体容易破坏。总之，转换层位置越高对结构越不利，设计时要使转换层的高度处在一个较为合理的范围之内。

二、转换层结构的设计要点

（一）转换梁的设计

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含箍率。转换梁不宜开洞，若需要开洞，洞口宜位于梁中和轴附近。洞口上、下弦杆必须采取加强措施，计值乘放大系数箍筋要加密，以增强其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设1.2。当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。转换梁的混凝土强度等级要大于C30。

（二）框支柱的设计

有地震组合时，一级、二级框支柱承受的地震作用产生的轴力设计计算值分别乘以1.50，1.25的调整放大系数；框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用:框支柱的数目多于10根时，当框支层为1-2层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的20%；当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整；而当框支柱的数目不多于10根时，当框支层为1-2层时，每层第根柱承受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%。

（三）框支梁的设计

框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度要大于其上墙厚的2倍，且大于400mm；高度大于计算跨度的1/6。工程框支梁梁宽统一定为800mm。框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储备，二级抗震等级的框支梁纵筋配筋率大于0.4%。框支梁在满足计算要求下，配筋率大于0.8%。框支梁一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，因而应配置足够数量的腰筋。

（四）转换层楼板的设计

框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内力分布规律是不同的。在下部楼层由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变；而在上部楼层，外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配。转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务；由于转换层楼板自身平面内受力很大，而变形也很大，所以转换层楼板必须有足够的刚度作保证。

三、案例分析

某工程为高层建筑商住楼，建筑面积为2．4万m2。建筑平面复杂，地下2层，地上25层，总高度77．8m(局部87．3m)。其中，1、2、3层为大空间商场，4层以上为住宅，地下1层为汽车库，地下2层为人防工程和设备用房。1层商场及住宅标准层平面。结构转换层设在2、3层顶板，转换层以上住宅为剪力墙结构，剪力墙抗震等级为三级；转换层以下商场为框支剪力墙结构。

（一）整体结构设计

A、住宅部分轴网与下部商场部分轴网虽然上下不重合，但可以协调。结构转换层的类型很多，梁式转换层优点主要表现为设计和施工简单，转换构件受力明确，经济合理性强。内部空间自由畅通，满足管线布置要求，在转换梁结构受力较小的部位可以开洞口，容易满足建筑对功能的要求。因此，最后决定采用梁式转换层，转换层位于2层项板。

B、由于建筑功能所限，住宅部分的剪力墙只有中部交通简及少数剪力墙可以落地，其他部分剪力墙无法直接落地。为了增强转换层以下结构的刚度，经与建筑专业协调，决定加厚剪力墙。较少的中央部分厚度为600mm，其他部分厚度为400mm。这样，既较好满足了建筑的使用功能，又解决了建筑质心与刚度中心尽量接近的问题，提高了建筑物在地震作用下的抗扭能力。经过调整后，结构的形心与质心接近重合，x方向差ex=260mm，v方向差ey=430mm。

（二）结构的竖向设计

A、在保证上部住宅剪力墙强度及层间位移满足规范要求的前提下，尽量减少上部剪力墙数量，减薄厚度(250mm，200mm)，而且开有较大的施工洞口，转换层以上剪力墙连梁尽量减小高度，转换层以下剪力墙厚度加大(400mm，600mm)，以减小结构上部刚度，增大下部刚度。

B、转换层以上混凝土强度等级由C40过渡到C30，转换层以下混凝土强度等级采用C45。采取以上措施后，转换层上、下层的刚度比在x方向为1．14，在y方向为1．00，结果较为理想。

C、在应力较集中的楼层，将楼板加厚，以便有效地将水平地震力传递给剪力墙。1层楼板(地下室顶板)和3层楼板(车专换层板)加厚到200mm。4层楼板(转换层的上一层)和顶层(屋面板)分别加厚为150mm和120mm。

D、调整框支柱总剪力不小于0．2Q。。框支柱轴压比控制不超过0．65，配筋率为1．22～1．33％，体积配箍率为1．62％，框支柱箍筋采用全高加密，并在框支柱中间增加芯筋，框支柱纵向钢筋全部采用机械连接，以增强框支柱的延性。

E、为了剪力墙有足够的延性，框支层剪力墙轴压比控制在0．4以内，配筋率为O．6％，剪力墙暗柱配筋率为1．5％，其体积配箍率为1．2％左右。

（三）特殊框支梁的设计

按规范要求转换层上部的剪力墙宜直接落在框支主梁上但转换层上下部轴网不重合，有一处很难做到。最后决定把该处设计成等高交叉框支主梁，以满足规范的要求。

（四）框支梁的计算与构造

A、框支梁计算采用SATWE程序，并用FEQ程序进行复核。

B、转换桁架的具体形式的确定。在本例工程的三层转换构件确定采用桁架结构后，设计人员则需要进一步确定桁架的结构形式。根据前面的论述，转换桁架的结构形式有多种。但是根据本例工程的三层转换构件的具体情况，采用何种最合理的结构形式，则必须加以比较分析后方可确定。

（五）单层转换桁架与双层转换桁架的确定

A、采用精架结构作为高层建筑的转换构件时，一般情况是取出一层层高的高度作为转换桁架的高度。对于本项目，转换桁架位于结构的边缘，建筑师为了使转换桁架对于立面的影响降至最小，希望桁架仅在中庭设置，即取一层高度(4．00m)作为转换桁架的高度。在本例中各层的层高情况分别是：底层为6．44m；二层为4．80m；三层以上为4．00m；而结构的柱距为9．0m，若仅取4．00m为桁架高度时，为了保证桁架斜腹杆与水平弦杆的角度在合理的45～55°之间，在柱与柱之间必须另设一个桁架节点；若取建筑的两层层高即8．O0m为转换桁架的高度，则在柱与柱之间可以不必设置多余的桁架节点，使桁架的结构形式趋于简单。

B、按规范要求框支梁上、下部纵向钢筋最小配筋率为0．4％，本工程计算的配筋率均大于0．4％，满足要求。

C、框支梁的断面为800mmxl800mm。其上下部纵向钢筋均直通到框支柱内，其腰筋间距：梁下部为100mm，上部为200mm，直径为18mm。框支梁的箍筋沿全跨加密，间距为100mm，直径为14mm和16mm。以上构造均满足规范要求。

(六)转换层楼板

按规范要求楼板厚度不宜小于180mm，应双层双向配筋，且每层每方向的配筋率不宜小于0．25％，楼板中钢筋应锚固边梁或墙体内，本工程楼板厚度为200mm，双层双向配筋，每层每方向的配筋率为0．3％。

结束语

总之，在高层建筑设计中，转换层设计是结构设计的一个难点，更是不同形式结构体系转换的关键点，设计时应不断研究和进行方案比较，在可能的情况下做出较优的技术方案才能实现安全、适用、经济等综合目标。

参考文献：

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【3】陈志强.刍议建筑工程转换层要点分析【J】.建筑知识：学术刊，2011（7）.