摘要：在现代建筑中，为了满足各种建筑功能的需求，转换结构已成为很常见的结构形式。并且，在各类高层建筑中得到了广泛的应用。通过设置转换层，能使建筑物具有更好利用空间，和创造更多的经济效益。目前，建设用地日趋紧张，对充分利用建设用地和最大限度发挥建设用地价值具有重要意义。同时，对转换层结构的研究和积累经验可以更好地促进建筑业的发展。
关键词：高层住宅建筑 带转换层 框支剪力墙 结构设计
引言
在高层建筑施工过程中，有一种结构形式底层为公共娱乐场所、商场及餐馆，上部标准层为民用住宅。致使上部结构剪力墙无法直接落地，从而需要设置转换层，改变上部剪力墙对竖向荷载的传力路径。然而，在框支转换结构中，将上部抗侧刚度很大的剪力墙转换为抗侧刚度相对很小的框支柱，转换层上下的侧向刚度比很大，从而形成结构软弱层和薄弱层，引起地震剪力的剧烈变化，对结构的抗震极为不利，应采取严格而有效的抗震措施。
另外，在现实中还有一种普遍存在的框架转换结构（例如：地下室顶板上的配电房、水泵房、物业经营用户、小区门卫等等）。框架转换中，转换虽然也改变了上部框架柱对竖向荷载的传力路径，但转换层上部和下部的框架刚度变化不明显，属于一般托柱转换，对结构的抗震能力影响不大，其抗震措施比框支转换要低。
由于《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3 -2010）第10.2节中并没有明确区分框支转换和框架转换，加大了对转换结构设计的难度。因此，结合相关规定，明确转换结构的概念，区分并把握好转换结构类型是做好转换结构设计工作的重要前提。
一.工程概况
某高层建筑，由9栋31层住宅楼组成。地下室2层均为车库、设备用房、配套用房等等；地上三层以下为公共娱乐场所、商铺及餐馆，一层层高为 4.250m；二层层高为 5.350m，三层层高为5.100m；本工程设计使用年限为50年，安全等级为二级，建筑物抗震类别丙类；基本风压为 0.35 kN/m2（50年一遇）；地面粗糙度为 B 类；建筑场地为Ⅱ类，地震设防烈度：7度，设计基本地震加速度为α=0.10g；设计地震分组为：第一组；设计特征周期为：Tg=0.35s，地基基础设计等级为甲级，结构类型为：部分框支剪力墙结构。其中，一栋8#楼单体为满足地上底部三层及以下的公共娱乐场所、商铺及餐馆等建筑的使用功能及立面造型要求，结构于四层楼面处设置了框支转换结构层，除电梯、楼梯和四角处的剪力墙直接落地及适当位置剪力墙落地以外，其余剪力墙由转换梁托换，以框支柱支承。
二.转换层的结构类型与选择
2.1转换层的主要结构类型
目前，国内、外实际工程中应用的转换层主要结构形式有：梁式转换结构、板式转换结构、空腹桁架式转换结构和箱形转换结构，其中梁式转换结构应用最普遍。然而，近些年来柱式（斜柱、V形柱）转换结构、“搭接柱”等新型转换结构也相继在一些工程中应用出现。各种形式转换层由于结构形式差别较大，其抗震性能也等存在明显差异。
2.2转换层结构类型的选择
从造价及施工难易度考虑，梁式转换结构在民用高层住宅建筑设计中应用较为广泛。但是要求转换梁截面比较高，且《高规》第10.2.8-6条规定“转换梁不宜开洞”以至成为转换结构建筑中的大弊端。对此，结合该工程的特点为了满足底层建筑功能需求，并考虑经济指标及施工难易程度，该工程采用了梁式转换层结构，整体结构类型为“部分框支剪力墙结构”，以下重点阐述部分框支剪力墙结构的设计结构布置与模型计算。
三.部分框支剪力墙结构设计及模型计算要点
3.1部分框支剪力墙上部剪力结构布置方面的优化
在部分框支剪力墙结构中，转换层以上的剪力墙应尽量双向布置避免剪力墙的单向布置，且两个方向位移角应该是接近的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于，部分框支剪力墙结构的部分剪力无法直接落地，所以，建议上部标准层的剪力墙不应太密，剪力墙太密会采用框支次梁进行转换，从而加大转换结构传力路径，不利于结构抗震性能。因此，部分框支剪力墙标准层尽量采用大开间剪力墙结构，不落地剪力墙应直接落于转换层的框支梁上进行转换。
根据结构力学公式T=2π /ω =2π 固有周期T与刚度K成反比，刚度越大则自振周期越小，在PKPM或YJK 建模中可以通过调整剪力墙、柱、梁等受力构件来调整自震周期T，自震周期T是由结构本身刚度决定的。在相同的震级和场地条件下，根据《高规》第4.3.8条的图4.3.8地震影响系数曲线α得出，1，当0<T<0.1时，曲线处于直线上升阶段。自震周期越大，地震影响系数α越大，结构吸收的地震力越大；2，0.1<T<Tg时，曲线为水平线段地震影响系数α对自震周期T无影响。3，当T>Tg时，曲线处于曲线平滑下降阶段。自震周期越大，地震影响系数越小，结构吸收的地震力越小。所以，自震周期T与场地的特征周期Tg比值是决定地震影响系数α大小重要因素，合理的上部结构剪力墙布置在部分框支剪力墙转换结构中是至关重要的。
3.2部分框支剪力墙落地剪力墙的布置和数量
一般情况下，部分框支剪力墙落地剪力墙的面积应小于全部剪力墙面积的50%。并且，《高规》第10.2.16-7条也明确指出了，部分框支剪力墙结构的框支框架承担的地震倾覆力矩应小于结构总地震倾覆力矩50%。同时，部分框支剪力墙的框支转换的位置（层数）需要根据规范与计算模型计算需要而确定。对于角部剪力墙应避免进行转换，因为角度往往是结构扭转较为敏感的部位。另外，落地剪力墙和筒体底部墙体厚度应加厚，框支柱周围楼板也不应有错层出现。落地剪力墙和筒体的洞口宜布置在墙体的中部，框支梁上一层墙体内不宜设置边门洞，也不宜在框支中柱上方设置门洞等等。
3.3部分框支剪力墙结构的模型计算
整体结构宜进行弹性时程分析补充计算和弹性时程分析校核，还应注意对整体结构进行重力荷载下准确施工模拟计算，以及对转换层的应力分析比较。然而，根据《高规》5.1.2条文说明，要求体型复杂、结构布置复杂的高层建筑结构的受力情况复杂，应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算分析。不同的计算模型中转换层的转换梁可以采用梁元法和壳元法输入，设计时应结合两种计算模型整体分析比较再取两者配筋包络值进行配筋设计。
使用梁元法和壳元法分别计算转换梁结构时，对上部的剪力墙结构影响不大，两种方法均可采用。但相对之下梁单元的计算方式更贴切于实际工程的需求，壳元法也能精准分析出结构本身的受力性能，但研究其本身时，还需要仔细斟酌。而对于转换梁本身的刚度上来说，一般实际工程会按 10 ～ 100 倍刚度放大处理，需注意，转换梁的刚度并不是越大越好，刚度越大，会让上部剪力墙结构的剪力偏小，反而会不安全，也会影响到墙柱刚度的内力分配，因此也需要仔细斟酌填写系数。而对转换梁本身，梁元法是按梁考虑的，壳元法是按墙的计算方式考虑的，两者是都是按普通梁的方式输入，只是在特殊梁中定义成转换梁和转换壳元，对转换结构的计算结果来看，转换梁自身的计算应该按梁元法来配筋会准确一些，但壳元法更符合实际的经济性和实际性。
综合来看，对于转换结构，应采用两个不同力学模型来计算分析比较。并且，施工图设计时还应结合两种计算模型计算结果进行包络值设计配筋。
四.结语
部分框支剪力墙结构是抗震的一种不利形式，其抗震性能差，造价高，应尽量避免。然而，它能够满足现代建筑不同功能组合的需要，有时候结构设计迫不得已才会采用这种结构类型的。为此，结构设计过程中如果出现转换结构应当留有一定的安全储备。并且，在确保结构安全条件下最大限度地去控制造价，使得转换结构具备较好的的抗震性能。
参考文献：
[1]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010）中国建筑工业出版社
[2]建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）2016年版 中国建筑工业出版社
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[4]李丽.框支剪力墙结构的设计[J].陕西建筑，2015.7.
[5]徐培福主编，复杂高层建筑结构设计，中国建筑工业出版社，2005
论文作者:何悦
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/25
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