转换层结构设计探讨

韩杰

【摘要】近十几年来，带转换层的建筑结构由于底部大空间，使用灵活方便，在国内外得 到了广泛的应用，在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不 能直接连续贯通落地时，应设置结构转换层。转换结构在用有限元等设计软件计算外还应该 对一些转换构件进行必要的补充计算。

【关键词】高层建筑；转换层；抗震；内力计算

【Abstract】Over the last decade， building structure with transfer layer due to the bottom of the large space and easy to use at home and abroad has been widely used in the bottom of the high-rise building structure， when the upper portion of the vertical floor member （shear wall， frame column ） can not directly through the continuous landing， the structure should be set conversion layer. Conversion structure in the calculation using the finite element design software packages should also member of some transformations necessary supplementary calculations.

【Key words】High-rise buildings；Conversion layers；Seismic；Internal force calculation

随着生活水平的提高，人们对功能需求也越来越高，在近年来的高层建筑的设计中， 通常将大柱网的购物商场、餐厅、娱乐设计于多功能综合性高层建筑的下层部分，而将较小柱网、较小开间的住宅、公寓、旅馆、办公功能的建筑设计于中、上层部分。由于不同建筑使用功能要求不同的空间划分布置，相应地，要求不同的结构形式。如何将它们之间通过合理地转换过渡，竖向结构构件的转换，就成为多功能综合性高层建筑结构体系的关键技术。 结构上的转换层概念，主要是指在整个建筑结构体系中，合理解决竖向结构的突变性转化和平面的连续性变化的结构单元体系。

1. 带转换层高层建筑结构抗震功能

（1）不管采用何种转换形式，带转换层的剪力墙结构仍是目前工程应用的主要结构形式。同 时，由于转换层位置越来越高，带转换层的筒体结构也时有应用。对带转换层的剪力墙结构 及带转换层筒体结构这两类转换结构，通过转换层上下层间位移角及内力变化情况的分析， 可得出影响其抗震性能的主要因素：转换层设置高度、转换层上部与下部结构等效刚度比、 转换层结构与其上层结构侧向刚度比。对带转换筒体结构其主要影响因素表现为转换层上部 外筒的刚度、转换层设置高度和内筒刚度。

（2）对上述两类转换结构，转换层高度是影响其抗震性能的主要因素之一，转换层高度越高， 转换层上下层间位移角及内力突变越明显，设计时应限制转换层设计高度，高规 10.2.2 条 规定，8 度时不宜超过 3 层，7 度时不宜超过 5 层。转换层与其上下层的侧向刚度比对结构 抗震性能有一定影响。对转换层位置较低的带转换层的剪力墙结构，控制侧向刚度比可以控 制转制层附近的层间位移角及内力突变。 对转换层位置较高的带转换层的剪力墙结构，仅仅控制转换层上、下楼层的侧向刚度比 是不够的，还应控制转换层上部与下部结构等效刚度比，转换层上部和下部结构的等效刚度 比越大，转换层上下层间位移角及内力突变情况越明显，设计时应当加以控制，使其尽量接 近于 1，且不大于 1.3。

（3）带转制层的筒体结构，如转换层上部的外筒为框架，一般情况下不会发生刚度突变，但 建立传力途径的变化仍然存在。这类结构的转换层设计高度可适当提高，等效刚度比一般都 满足限制条件，但转换层本层侧向刚度与相邻上层侧向刚度之比值，有时会不满足限制条件。 对这类结构的关键部位仍须采限加强措施。 综合一些震害研究、试验及分析工作等可知，带转换层的高层建筑结构由于竖向布置及 刚度变化，在地震作用下受力复杂，这也对高层建筑的结构设计提出了特殊的要求：

2. 带转换层高层建筑结构设计

（1）减少转换。布置转换层上下主体竖向结构时，注意使尽可能多的上部竖向结构能 向下落地连续贯通，尤其框架核心筒结构中核心筒应上下贯通。

（2）传力直接。布置转换层上下主体竖向结构时，注意尽量使水平转换结构传力直接， 尽量避免多级复杂转换，慎重采用传力复杂、抗震不利的平厚板转换，如上下柱网确定无法 对齐时，尽量采用箱形转换。

（3）强化下部、弱化上部。对于带转换层的剪力墙结构或筒体结构，可采取以下措施 强化下部结构：加大筒体及落地墙厚度、提高混凝土强度等级，必要时可在房屋周边增置部 分剪力墙、壁式框架或楼梯间筒体、提高抗震能力；可采取以下措施弱化上部：不落地剪力 墙开洞、开口、减小墙厚度等。

（4）优化转换结构。抗震设计时，当建筑功能需要不得以高位转换时转换结构宜优先 选择不致引起地震作用下框支柱（边柱）柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆 桁架、空腹桁和扁粱等，同时要注意需满足重力荷载作用下强度、刚度要求。

（5）计算全面细致。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 受力变形状态的计算模型进行三维空间整体结构计算分析。必要时可采用有限元方法对转换 结构进行局部补充计算，此时转换结构以上至少取两层结构进入局部计算模型，并注意模型 边界条件符合实际工作状态。

（6）8 度抗震设计时除考虑竖向荷载、风荷载或水平地震作用外，还应考虑竖向地震作用的 影响，转换构件的竖向地震作用，可采用反应谱方法或动力时程分析方法计算；作为近似考 虑，也可将转换构件在重力荷载标准值作用下的内力乘以增大系数 1.1.

（7）转换层的水平构件，除整体分析以外，尚应补充计算，补充计算可采用局部分析软件或 手算方法。补充计算时，可将转换层顶作为计算基准面，按（恒+0.5 活）标准值工况整体 分析计算出各墙体（柱）竖向荷载下各构件上的 Nqk（kN），并折成均布荷载 qk（kN/m）； 按整体分析水平地震作用下各振型组合时计算出各构件上的标准值 NEK（kN） 和 MEK（kN.m），并把 NEK（kN）折成均布荷载 q`EK（kN/m），把 MEK 折成两个三角形竖向荷 载 q`EK（kN/m）。将上述标准值按不同抗震设防烈度和抗震等级，并按《高规》第 10.2.6 条规定折算成设计值，然后连同转换层有关荷载设计值，按水平转换构件单跨或多跨及与柱 或落地墙连接情况，计算其弯矩、剪力等内力，当需要与风荷载组合时并与之相叠加，按此 计算结果与整体分析结果进行比较，截面设计时取较大值。

（8）水平地震作用应按四种工况比较：x 方向由左向右； x 方向由右向左；y 方向由上向下； y 方向由下向上。

（9）对各水平转换构件应按上述四种工况确定其内力，与程序计算的结果做比较，取较大值 进行截面设计。

高层转换结构的设计，强调概念设计理念，灵活、恰当地运用抗震设计原则，选择适宜 的结构转换层，全面细致的计算，保证结构安全的同时，灵活的将建筑与结构统一，实现建 筑之美。