带转换层高层建筑结构设计建议

郑瑶

摘要：转换层结构在现代高层建筑中应用较为广泛，通过转换层的运用可以更好的体现建筑结构的多样性，满足大跨度的使用要求，使建筑空间得到合理的分配。因此，设计人员在进行建筑结构设计的时候要合理运用转换层设计，使其更好的发挥作用，促进建筑行业的发展。本文以某高层建筑工程为例，对梁式转换层结构设计进行探讨，为同类工程建设提供参考。

关键词：高层建筑；梁式转换层；结构设计

近些年，高层建筑的功能性越来越强，结构设计也趋于复杂化、多样化，很多建筑都是上部作为民用住宅，下部主要是集购物、餐饮、娱乐及停车为一体的商用建筑。因建筑的使用功能不同，空间划分不同，在结构设计中，应综合考虑建筑的平面及功能方面的需求合理选择转换型式，正确确定建筑抗震类别，正确选择各部分的抗震等级，注重结构构件的延性设计，对主要构件进行加强，使之符合建筑各方面的需求。

一、梁式转换层结构的设计原则

带转换层的高层建筑结构是一种受力形式复杂、不利于抗震的复杂结构体系，当需要考虑抗震设计时，整体结构设计需要遵循以下原则：

1.传力直接，避免出现多次转换

在对转换层上下部分的竖向结构进行布置时，要尽量做到水平转换结构具有明确直接的传力路径，通过对结构进行合理的布置，使上部荷载通过转换托梁直接传给竖向承重构件，尽可能的避免水平多级转换，实现传力路径的最短化。

2.加强下部结构，弱化上部结构

要保证转换层底部结构具有足够的强度、刚度、延性和抗震能力，需适当增强转换层下部主体结构的刚度，降低转换层上部主体结构的刚度，尽量保证转换层上下部主体结构的刚度和变形接近，避免出现结构薄弱层。

3.计算准确

在进行计算时应将转换层作为整体结构中的组成部分，根据结构的实际受力变形状态建立准确的计算模型，利用PKPM或其他结构分析软件进行三维空间整体结构计算分析。对转换层应采用有限元软件进行局部补充计算，根据规范规定，转换结构局部计算模型应包括转换层、转换层以上至少2层结构和所记入楼层的平面内刚度，并考虑结构的三维空间盒子效应，采用实际的边界条件进行计算分析。

二、转换层结构设计中需要注意的问题

1.转换层的竖向布置

对于转换层的竖向布置，在设计过程中要坚持以下几方面的原则：1）根据建筑转换层结构的建筑功能和结构传力的路径，在布置转换层结构时应沿建筑高度方向进行灵活布置；2）在设计过程中，可以把转换层作为正常使用的楼层，也可以作为技术设备层；3）建筑转换层在设计过程中，可以根据建筑的实际情况，在建筑的局部布置转换层结构；4）要保证转换层有足够的强度和刚度，而且还要使竖向的刚度不能过大。

2.抗震等级布置

在一般的建筑设计过程中，转换层以上通常是纯剪力墙结构，转换层以下通常是框架—剪力墙结构，此时该建筑属于集多种形式于一体的复杂建筑结构，所以，不能笼统和简单的确定抗震等级。在建筑施工的过程中，要严格按照相关的规定，针对性地分别确定建筑不同的结构体系各个部件的抗震等级，并做出相应的设计。框支剪力墙的墙底应该为二级，非底部加强的部位应该为三级，由于转换层建筑一般设在建筑的4楼，属于高位转换的类型，根据相关的抗震等级布置规定，当转换层的位置设置在3层及3层以上时，应该加强框支柱、剪力墙底部的抗震等级。

3.受力性能的问题

对于高层建筑物梁式转换层结构设计方案，建筑师在最初进行结构设计时，一般很少考虑高层建筑的具体结构特征，而是将重点放在了高层建筑物的空间结构上，使得高层建筑梁式转换层结构设计的受力性能存在一定问题。在进行高层建筑物梁式转换层结构设计时，应该明确所选择结构体系中向下作用力和地基承载力之间的关系，对高层建筑主要承重部位的布局和数量进行总体设计。

三、高层建筑梁式转换层结构设计案例分析

1.工程概况

某综合大楼地上28层，地下室2层，建筑高度99.7m，其中裙房1～4层为商业楼层，5～28层为住宅楼。本工程上下部建筑功能不同，上部住宅部分采用小开间的剪力墙，商业楼层，主楼向外延伸若干榀裙房框架，建筑功能需要大开间的结构布置，部分剪力墙不能落地。综合整个功能布局，本工程在4层设置转换层，采用梁式转换层结构，转换层兼做设备层，整体结构为部分框支剪力墙结构。

2.抗震等级的确定

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》本工程为丙类建筑，抗震设防烈度为Ⅶ度，框支框架及底部加强部位的剪力墙抗震等级为一级。根据规程当转换层设置在3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级需提高一级采用。本工程转换层设置在第四层，框支框架和底部加强部位的剪力墙抗震等按特一级采用。

3.转换梁设计

高层梁式转换结构其转换梁的承载力通常都是斜截面受剪承载力起控制作用。斜截面受剪承载力主要由混凝土和箍筋承担，虽然梁水平腰筋也能分担一部分剪力，但通常在计算时不予考虑，仅作为结构的安全储备。因此适当提高转换梁的水平腰筋不但可以减少裂缝的产生，而且还能增强转换梁的受剪承载力。

转换梁的正截面受弯承载力计算按照普通梁进行计算。由于轉换梁的尺寸比较大，使得其上部结构荷载在转换梁上产生了一定的偏心距，进而产生扭矩，然而转换梁自身的抗扭承载力比较低，因此在进行转换梁设计的过程中需要通过计算来确定转换梁的抗扭承载力，此外还可以通过设置双向转换梁来平衡扭矩。

4.框支柱的设计

在本工程中框支柱是非常重要的构件，为确保框支柱的安全性，在进行设计时对柱端的剪力和柱端弯矩乘以相应的放大系数，每层框支柱承受剪力之和取底部总剪力的30%。当采用计算机进行计算时，通常都会假定楼板刚度无限大，水平剪力按照竖向构件的刚度进行分配，而底部剪力墙的刚度远远大于框支柱的刚度，使得框支柱分配的剪力非常小。然而在实际工程中，楼板也会发生变形以及剪力墙裂缝，都会造成底部剪力墙刚度的下降，进而会增大框支柱的剪力，因而我国现行规范对底部框支柱的剪力增大也做出了单独的规定。

5.转换层楼板的设计

根据传力途径，水平剪力通过转换层传到下部结构，此时转换层楼板平面内受力很大，楼板会发生很大的变形，因此对于转换层楼板应适当加厚，利于转换层在其平面内进行剪力重分配，同时增强了转换梁的侧向刚度和抗扭刚度，在一定程度上也满足了在进行结构整体计算时对楼层刚度无限大的基本假定。本工程转换板的混凝土强度采用C40，并采用双层双向钢筋，每排钢筋的配筋率为0.28%，此外转换层楼板应尽量避免大开洞，当无法避免时应在洞口四周设置暗梁，且楼板的开洞位置尽量远离外侧边，并适当的加强转换层相近的楼板。

四、结束语

高层建筑梁式转换层结构的设计，需要根据建筑功能的功能要求以及平面布置，选择合理整体结构形式和转换层的结构形式。对于抗震设防区还应准确的确定不同部位的抗震等级，在进行工程设计时，结构设计工程师应对结构进行反复的调整和对比，确保高层建筑结构的安全性以及经济性。

参考文献：

[1]刘莉莉.房屋建筑结构优化设计方法浅析[J].科技视界，2015（23）.

[2]王智超.带转换层的高层建筑抗震设计浅析[J].中国电力教育，2010（32）.

[3]吕芳.浅析房屋建筑的结构设计优化方法与应用[J].科技创新与应用，2013（34）.