高层建筑中转换层结构设计的应用

刘建明

（广州市番禺城市建筑设计院有限公司，广州 番禺 511400）

1 转换层结构的形式及应用

1.1 形式

（1）实腹梁转换层

实腹梁转换层采用剪力墙和框支梁同框支柱结合的形式，广泛的应用于底层是商场、饭店，上部为住宅、公寓的高层建筑。实腹梁与上层剪力墙共担竖向及水平负荷。当然，实腹梁也有不足的地方，由于下部空间较大，使得转换梁的跨度极大，这需要大梁有很强的抗弯、抗剪能力。为了增强这种能力，只能通过增大转换梁的横截面来实现，重量增大之后，容易形成上下刚度突变，对于抗震十分不利。

（2）桁架式转换层

在荷载的作用下，桁架承受轴向拉力或压力，从而使材料的强度得到充分利用，增大刚度，减轻自重，较大跨度的承重结构和高耸结构比较实用，但是在使用过程中需要充分考虑桁架的用途、材料和支撑方式。上部是住宅，下部是商场，一般设置有管道设备层的情况下，这时候可采用桁架式，根据上下柱网跟轴线的位置在设备层的空间设置桁架，将上部的柱墙荷载通过桁架传到下部，从而设备管道又可以在桁架内穿行，但是需要注意，在建筑中，一般要求有3m以上的桁架转换层，并要求上部集中载荷的中心与上弦节点对齐。

（3） 板式转换层

板式转换层可以灵活布置下层柱网，不用对齐上层结构，但是这种转换层体系的自重很大，比较耗费材料，因为板式的厚度高根据实际情况来选中，有时候厚度为 3m，抗震的效果不明显，因为板式自重大，在地震作用下，引起的水平地震作用会使下部楼层的层间侧移变大，上下部因层间侧移使刚度变小，加剧上下部塑性变形。所以在震区的高层，慎用板式楼盖。

（4） 箱式转换层

将转换层两层楼板加厚后与实腹梁结成一体就是箱形转换。箱形转换层的面内刚度大，重量介于实腹梁与厚板转换之间。这种结构形式能承受上下柱网变动较大的情形，建筑布局十分灵活。但是缺点是上下刚度突变大，高位转换不易，施工困难，造价很高。

1.2 应用要点

（1）强化转换层结构的布置

在转换层结构布置中需要注意以下问题：①确保上层建筑结构的稳定性，可以采用转换大梁、桁架、空腹桁架、斜撑、箱形结构等来保持稳定性；②内筒贯通落地，并在底部增加墙的厚度，确保筒体结构的整体性。建筑的落地剪力墙同样需要在底部增大墙体厚度，并保证其间距，避免出现楼板错层现象；③框支剪力墙转换层上层墙体不能安置边门洞，中柱上方也尽量不要安置门洞，防止转换部位破坏。如要安置门洞的话可在墙体中部安置门洞，保障受力均匀；④转换层结构上部的墙、柱应直接落在主要转换构件上。

（2）强化转换柱的布置

转换柱是转换层结构的重要构件，由于其刚度和延性均不如剪力墙，因而在转换结构中需控制其数量。通常框支框架所承担的地震倾覆力矩应小于总倾覆力矩的50%。

（3）强化落地剪力墙的布置

必须保证落地剪力墙的数量，其承受的地震倾覆力矩不能小于总地震倾覆力矩的50%，同时严格控制落地剪力墙的洞口的设置，一般设于墙体中部。落地剪力墙的间距也需要注意，在非抗震时，一般小于36m和3B；抗震设计时，如果建筑底部框支层为1层或2层时，间距需控制在24m和2B以下，如果建筑底部框支层是3层或是3层以上的话，间距不应大于20m和1.5B（B是落地剪力墙之间楼盖的平均宽度）。

2 应用转换层结构时的设计要点

2.1 转换层结构的抗震设计

在水平地震作用时，一般倾覆力矩的分布曲线在转换层结构处出现转折，因此转换层的内力较大，需要全面考虑地震作用的影响。可以通过振型分解反应谱法或者是时程分析法来计算地震作用。转换层结构的计算内力应乘以放大系数，以确保其安全。高位转换对抗震性能十分不利，应避免在3层或是3层以上进行转换，否则应提高结构的抗震等级。

2.2 保证转换层刚度

转换层结构部位会使建筑产生突变，导致成为整个建筑的最薄弱的部位，降低建筑抗震性。设计者在转换层设计时，应该保证其刚度不低于上部结构刚度的70%。因此需要对转换层内部剪力墙合理安排，适当增大厚度，使用高强度混凝土。还应该按照筒体结构布置纵横墙，严格保障转换层刚度。

3 高层建筑中转换层结构的应用趋势

3.1 强化对钢骨混凝土转换层的应用

钢骨混凝土转换层的承载力比较高，刚度好，能够极大程度地减小截面的尺寸，加之塑性、抗震性比较优越，定位准确，能够加快工程进度，但是现在在国内运用钢骨混凝土转换层的还不是多，但是国外现在已经开始广泛的运用。

3.2 加强对预应力混凝土转化层的应用

预应力混凝土转换层能够为转换层结构和施工带来优势，因为它的承重荷载力跨度比较大，而且其自身重量轻，能够节省建筑材料和施工的费用，随着预应力技术的发展，能够一定程度上降低工程的成本，相对于钢筋混凝土结构来说比较经济。

3.3 重视对转换梁受力性能的改善

对转换梁的受力性能进行改善，主要可以借助以下几种方式：一是可以发挥斜向支撑的作用，可在转换梁的上部框架中设置一定数量的斜杆，分去梁所承托的荷载承载力；二是多道转换竖向的传力，设置多道转换梁，分担承托上部的荷载承载力，降低单根转换梁的荷载；三是运用转换梁加腋，抗剪承载力往往决定了转换梁的截面尺寸，准用转换梁加腋可以增强支座区段的抗剪承载力，减小转换层的截面尺寸，进而降低转换梁的承受荷载，但是相应也会增加上部墙体的承受荷载。