摘要：随着我国经济的不断发展，为了能够满足高层建筑功能上的要求，就必须做好建筑的结构设计。上部楼层的部分剪力墙不能直接连续贯通落地，从而需要设置转换层，这种结构形式称为带转换层高层建筑结构。现代高层建筑是趋向各种用途的，本文主要对转换构件、转换层布局和影响高层住宅框支剪力墙结构设计中的主要因素及计算与分析进行了阐述，从而为结构设计提供计算方法及设计参考。
关键词：转换层；框支剪力墙；高层住宅；抗震设计
前言：剪力墙结构体系适合大部分纯住宅结构，但是这样底层空间有很大的局限性。若底部为商业或者车库的时候，往往剪力墙结构体系是不能满足建筑使用要求的。为了满足使用要求部分框支剪力墙结构孕育而生，并在近年来得到较为广泛的应用。现代高层建筑正向体型复杂、功能多样、造型新颖的方向。
一、转换构件设计要求
1.1转换梁
转换梁承受较大的剪力，开洞会对转换梁的受力造成很大影响，尤其是转换梁端部剪力最大的部位开洞的影响更加不利，因此对转换梁上开洞进行了限制，并规定梁上洞口避开转换梁端部，开洞部位要加强配筋构造。托柱转换梁在托柱部位承受较大的剪力和弯矩，其箍筋应加密配置。需要注意的是，对托柱转换梁，在转换层尚宜设置承担正交方向柱底弯矩的楼面梁或框架梁，以平衡柱脚在该方向的弯矩，避免转换梁承受过大的扭矩作用。转换梁与转换柱截面中线宜重合。设计中应保证转换层有足够的刚度，转换梁截面高度不宜小于计算跨度的1／8，才能保证内力在转换层及其下部构件中分布合理，转换梁和转换住有良好的受力性能。托柱转换梁截面宽度不应小于其上所托柱在梁宽方向的截面宽度。框支梁截面宽度不宜大于框支柱相应方向的截面宽度，且不宜小于其上墙体截面厚度的2倍和400mm的较大值。框支梁的支座上部纵向钢筋至少应50%沿梁全长贯通，下部纵筋应全部通入柱内。
1.2转换柱
转换柱作为框支剪力墙结构体系中重要的构件，它的安全度直接影响到整栋建筑结构的抗震性，因而转换柱的延性和承载力成为设计的关键。
转换柱应在计算的基础上，通过概念设计和抗震措施（构造措施）进行设计。调整转换柱总剪力不小于0.30，转换柱的抗震等级定位一级，为了增加其延性，轴压比不超过0.4，其最小配箍特征值比一级增加0.02 采用，转换柱剪力墙轴压比控制在0.6 以内，以保证剪力墙有足够的延性，避免剪力墙的等竖向受力构件在地震中产生脆性破坏。抗震设计时，转换柱截面主要由轴压比控制并要满足剪压比的要求。为增大转换柱的安全性，有地震作用组合时，一、二级转换柱由地震作用引起的轴力值应分别乘以增大系数1.5、1.2，但计算柱轴压比时可不考虑该增大系数。同时为推迟转换柱的屈服，以免影响整个结构的变形能力，规定一、二级转换柱与转换构件相连的柱上端和底层柱下端截面的弯矩组合值应分别乘以1.5、1.3，剪力设计值也应按规定调整。
二、结构设计中的计算和分析
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，形成带转换层高层建筑结构。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。对带转换层的剪力墙结构，通过转换层上下层间位移角分析，可得出影响其抗震性能的主要因素，分别为：转换层的设置高度、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。
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2.1 转换体系的选取
转换结构构件可采用转换梁、桁架、空腹桁架、箱形结构、斜撑等，非抗震设计和6度抗震设计时可采用厚板，7、8度抗震设计时地下室的转换结构构件可采用厚板。带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1／10。部分框支剪力墙结构在地面以上设置转换层的位置，8度时不宜超过3层，7度时不宜超过5层，6度时可适当提高。尽可能不要采用厚板结构和高位转换。
2.2转换层的布置
转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在主结构上，传力宜简单规则。当上部平面布置复杂而采用框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，这种多次转换传力路径长，框支主梁将承受较大的剪力、扭矩和弯矩，一般不宜采用。中国建筑科学研究试验表明，框支主梁易产生受剪破坏，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施；条件许可时，可采用箱形转换层。
2.3落地剪力墙和转换柱的布置
框支柱基本布置于上部剪力墙对齐的下方或就近区域，这样不仅能使竖向荷载的传力途径直接、明确，减少转换板的内力，同时，上下抗侧力结构对齐，对于抵抗水平地震荷载作用，改善转换板的复杂受力情况也是大有裨益的。还应严格控制框支剪力墙和落地剪力墙的比例。
抗震设计时，剪力墙的底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围，其目的是在此范围内采取增加构造边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施，避免脆性的剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。《高层建筑混凝土结构技术规程》J GJ3 - 2010（以下简称《高规》）10.2.2 带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1/10。为了保证底部加强部位处剪力墙的平面外刚度和稳定性，《建筑抗震设计规范》GB50011 - 2010及《高规》分别规定了剪力墙底部加强部位墙厚的取值。其中，考虑到高层建筑结构的重要性《高规》对墙厚的取值更加严格。
2.4转换层上下侧向刚度比的确定
尽可能减少需结构转换的竖向构件，直接落地的剪力墙越多，转换结构越少，转换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震更有利。工程实践中，框支剪力墙结构体系是对结构本身来说是很不利的，为了加大底部大空间楼层的抗侧刚度，使上下刚度接近，《高规》规定：抗震设防时，转换层上下刚度比不应大于2，同时不应小于1。
由于高层结构中转换层的出现，沿建筑物高度方向刚度会产生不均匀变化，因而在传递力的途径中会产生很大的改变。如何计算转换层上、下结构侧向刚度比是带转换层高层建筑结构设计时必须解决的主要问题。《高规》分别规定了底部大空间层数不同，转换层上、下结构侧向刚度比的计算方法。其中转换层上、下结构的等效侧向刚度比的计算综合考虑了竖向抗侧力构件的抗剪刚度和抗弯刚度，因此更能反映带转换层的高层结构沿高度方向刚度变化的实际情况。
结束语
随着我国经济的持续发展，高层建筑的项目也会不断地增加，人们对高层建筑的要求也会越来越高，因此高层建筑面临着向复杂化、多样化的方向发展，转换层的设计也会越来越成熟。在现代高层建筑的转换层结构中，因其应用功能的多样化而是建筑物结构传力体系复杂化，在结构设计时应按规范要求做好分析计算和优化设计，尽可能将影响建筑使用功能的诸多因素考虑进去，以达到合理经济的设计目的。
参考文献：
[1]周奋生，刘爱玲.部分框肢剪力墙设计[J].工程建设与设计.2015
[2]刘勋达.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].城市建设理论研究.2012
[3]叶亦辉.关于高层住宅转换层结构设计研究[J].城乡建设.2013
论文作者:张奕
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/18
标签：结构论文; 刚度论文; 剪力墙论文; 构件论文; 截面论文; 高层建筑论文; 剪力论文; 《基层建设》2018年第23期论文;