建筑转换层结构布置和设计要点探析

[摘 要]建筑转换层是高层建筑物内部不可或缺的重要功能结构之一，分为结构转换层和功能转换层，不同的转换层功能不一样，在结构设计时也有很大的区别，做好建筑转换层的结构设计，对完善建筑物的使用功能，确保建筑物的使用安全有着重要的意义。本文在此对于转换层的结构布置和设计要点做了逐一的分析。

[关键词]转换层；框支柱；框支梁

中图分类号：TU973 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0195-01

前言：转换层是多功能建筑和高层建筑物的重要结构，分为结构转换层功能转换层。当筑物的上部和下部应用于不同功能，或采有不同结构的时候，需要转换层进行结构的转换。而对高层建筑来说，转换层的主要功能还包括为高层提供供水、电、网络、消防的设备空间。因此不同作用的转换层在结构设计上也不同，了解建筑转换层结构的特点对转换层的设计，最大可能的保证建筑物的使用功能具有重要作用。并保证建筑物的防风抗震性能不受影响。

一、转换层结构布置

在转换层结构布置中，由于底部转换层结构、上部竖向构件不能直接连通落地，从而就需要可靠安全的转换层构件。根据目前的研究结果以及工程经验，在高层建筑转换层设计中，可以使用的转换构件有：析架、斜撑、空腹性析架、转换式大梁、厚板以及箱形结构等形式。由于地震区转换厚板使用检验不足，经常被6度以及非地震区使用；对于空间较大的范围或者地下室，受约束作用影响，地面上部的框支结构大于地震反应，所以7度或者8度的地震设计时也可以采用厚板进行转换层设计。

由于框支柱和落地式剪力墙对防止转换层下部结构在地震中倒塌具有重要作用，故在筒体结构设计中，筒体上下必须根据刚度要求适当增加墙厚。同时，框支剪力墙必须拥有足够的剪力墙，进行上下贯通，在长矩形框支剪力墙非结构中，落地剪力墙必须根据施工要求，按照原有规程进行设计，或者采用落地柱周边不能有错层的规定。

二、转换层结构设计要点

1、框支柱

框支柱截面尺寸一般由轴压比决定，还应满足剪压比。轴压比主要影响框支柱的延性，只有严格控制其轴压比，才能保证框支柱的延性能够应用于高层建筑中。工程框支柱的抗震等级为一级，因此其轴压比应小于0.6；若是截面尺寸较大，那么其轴压比就应小于0.55。其延性还受到配箍率的影响，因此与一般框架柱相比，框支柱的配箍率要大得多。

在转换层结构中，框支柱是很重要的构件，保证其安全性对整个结构都具有非常重大的意义。因此柱端剪力及柱端弯矩都应与相应的增大系数相乘，计算每层框支柱的承受剪力和时，直接选取基底剪力的30%。在计算时，一般采用程序进行，假设的条件是楼板刚度无限大，根据竖向构件的刚度，对水平剪力进行分配。因框支柱远远小于底部剪力墙刚度，因此框支柱剪力较小。

在实际建筑中，由于受到各种因素的影响，工程中的楼板会出现变形现象，剪力墙也会产生裂缝，这些方面都会降低刚度，从而增加框支柱剪力。因此在结构设计中，会将增大框支柱剪力的部分独立出来，单独做出要求。

2、框支梁

作为上下层荷载的传输枢纽，框支梁能够保证框支剪力墙抗震性能。框支梁截面尺寸主要受剪压比支配，宽度应大于其2倍的上墙厚，并保持在400mm以上；高度应根据计算的跨度决定，为跨度的1/6；在施工中，规定框支梁的梁宽为800mm。由于其受力较巨大、复杂，因此结构设计时，应保证留有一定的安全储备。框支梁纵筋的抗震等级为二级，要求其配筋率应大于0.4%。因框支梁的受力不均匀，梁中存在较大的轴力，因此应配备一定的腰筋量，保证施工顺利实施。腰筋采用Φ16规格，沿梁腹板高度配置，间距不大于200mm，并应可靠锚入支座内。

作为抗震的重要构件，框支梁的受剪很大，应遵循“强剪弱弯”的方针，在纵筋数量较多的背景下，加强箍筋。

3、转换层楼板

以转换层为界，框支剪力墙被分为上下两部分，且这两者的受力情况是有差异的。上部楼层中，外荷载产生的水平力具有一定的分配原则，是根据各片剪力墙的等效刚度比例来进行的；下部楼层中，框支柱的刚度不同于落地剪力墙间的刚度，水平剪力主要由后者承担，即在转换层处荷载分配不均匀。转换层楼板的任务较重，主要负责完成上下部分剪力重分配，且因转换层楼板自身存在的受力大、变形大特点，必须要有足够的刚度来支撑其任务的完成。

4、转换层结构抗震设计

在高层建筑抗震设计中，由于高位转换具体情况，从而对整个结构受力极为不利。根据相关计算结果表明：在水平性地震作用中，由于倾覆性力矩以转折形式在转换层呈现，下部以剪力墙结构呈现，落地剪力墙在倾覆力矩下递较快的同时，让倾覆力矩以转折的形式呈现。当整个高层建筑位置较高时，传力途径和剪力分配就会产生极大的变化，由于落地式剪力墙极容易出现裂缝，在上部墙体内力较大的过程中，下部支撑极容易屈服，进而出现薄弱层。为了保障整个工程设计的合理性、安全性，框支转换层设置必须在3层之上，剪力墙、框支柱抗震等级必须增强一级。

目前，我国底部转换层在高层建筑转换层结构设计中已经广泛应用，但是仍然没有大地震考验；由于转换层上部结构不能贯通下部楼层，所以转换层通常为薄弱楼层，当框架剪力乘以1.15时，就可以增大系数。但是在这过程中，需要注意的是：楼层设计刚度满足设计要求时，该楼层仍然是薄弱层。对于转换层构件设计中，必须调整水平地震内力；对于8度的抗震设计，必须考虑地震作用影响，使用“动力时程”或者“反应谱”方法对其进行计算，或者将转换构件在重力荷载的标准下，让内力和增大系数的1.1相乘。另外，由于内力增大系数较高，对于处在第三层或者三层以上的转换层极为不利，同时内力幅度增大。针对这类特殊现象，高层建筑转换层作为受力极为复杂的，但是对抗震不利的结构，当防烈抗震度达到0.4g时，必须停止使用。在实际抗震设计中，根据高层建筑结构类型、防烈度、房屋高度以及构件类型，使用对应的抗震等级对其进行精细的计算，或者采用构造措施进行设计、处理。

5、转换层总体结构设计

5.1下部主体结构刚度的分布

竖向刚度的突变在转换层结构中是个非常复杂的问题，进行抗震设计时，转换层结构中上下层主体结构总剪切度要满足一定的要求，这时就可以采用增设剪力墙、提高混凝土强度等级、加大下部主体竖向构件的截面尺寸等方法。

5.2合理布置剪力墙

要注意到剪力墙对上下刚度传递时造成的影响，要想避免上下结构刚度的突变，可以通过以下方法来解决： 首先，减少上部的刚度，尽量不在上部设置剪力墙； 其次，要加大下部的刚度，在条件允许的情况下，可以在适当的部位设置一些落地剪力墙，还要保证落地剪力墙的均匀对称分布，不要出现过于集中的现象。

5.3合理选择转换层的结构刚度

设计转换层结构时，要合理的选择转换层结构的刚度。如果刚度过大，会引起竖向结构的突然变大和地震反应，使转换层受力状态很不好，同时还会导致材料的用量增加，造成成本增加，不具有经济合理性。如果刚度过小，上部的竖向构件跟其它竖向构件会出现很大的沉降差，导致水平构件中产生次应力，配筋也会增加。

三、结语

总之，在高层建筑中，转换层的设计对整个建筑的设计具有非常重要的作用。必须根据工程本身特点和设计中的受力状态，还有整个建筑的整体风格，选择科学合理的设计方案，确保方案设计的全面性、科学性，减少施工的风险和难度。最大限度的发挥转换层的作用。