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摘要：如今建筑技术的不断发展，转换层工程的施工应用已是极为常见。本文主要针对高层建筑转换层的结构设计展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对转换层结构的设计工作作了详细的阐述和分析，以期能为有关方面的需要提供参考和借鉴。
关键词：高层建筑；转换层；设计
0 引言
随着我国经济的不断发展，对于建筑的功能也越为复杂，这就对转换层的施工有了严格的要求，特别是高层建筑。在高层建筑物的施工过程中，转换层的结构设计工作将会对整体的工程施工带来极大影响，因此，在对转换层结构进行设计时，施工方需要有高度的重视，遵循布置原则，做好相应的计算。基于此，本文就高层建筑转换层的结构设计进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 工程概况
某住宅项目中的一栋塔楼，地下1层为大底盘停车库，地上19层，建筑总高57.000m，建筑总长31.08m，最大宽度22.4m，地上1层为商业，层高4.5m，2层及以上为住宅，层高2.8m。因首层商业使用功能的要求，上部住宅的部分剪力墙不能落地，需采用部分框支剪力墙结构，二层为框支转换层。二层及标准层结构平面布置详见图1、2。
图1 二层（转换层）结构平面布置图 图2 三层（标准层）结构平面布置图
本工程抗震设防类别为丙类，建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.15g，设计地震分组第2组，结构的阻尼比为0.05，场地土类别Ⅱ类，地面粗糙度为B类，50年一遇基本风压为0.8kN/m2，100年一遇基本风压为0.95kN/m2。根据《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》，框支层框架抗震等级为二级，加强部位剪力墙抗震等级为二级，一般部位剪力墙抗震等级为三级。
2 概念设计与结构布置
常见高层建筑转换层的形式有梁式转换、箱形转换、桁架转换、厚板转换等，其中梁式转换由于其传力途径采用墙（柱）→转换梁→柱（墙）的形式，传力直接、明确，便于工程计算、分析和设计，且造价较节省，是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式。本工程采用该转换形式。
带转换层的高层建筑，由于竖向抗侧力构件不连续，通过设置水平转换构件衔接上下结构、传递内力，且转换层上下的结构刚度变化较大，在地震及风荷载作用下受力复杂。
本工程在结构布置时重点注意了以下问题：
（1）根据规范规定，部分框支剪墙结构落地剪力墙承担的地震倾覆力矩应不小于结构总地震倾覆力矩的50%。本工程在布置转换层上下主体竖向构件时，尽量减少转换，注意使尽可能多的上部竖向构件向下落地连续贯通。
（2）除核心筒落地外，在满足建筑使用要求的前提下尽可能使结构平面外围的上部剪力墙落地贯通，同时剪力墙的布置尽量使结构刚度中心与结构质心重合，增大结构的抗扭刚度，减小扭转产生的位移。
（3）控制转换层上下楼层刚度比。本工程转换层设置在一层，根据规范规定，转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比不应小于0.5。加强框支层刚度，要求转换层及上、下楼层刚度基本均匀，使转换层上、下结构整体抗侧刚度接近，当下部刚度不够足时，可以适当加大底部剪力墙的混凝土强度等级、厚度、增设剪力墙等。因本工程转换层及其上相邻层计算层高分别为5.100m、2.800m，相差较悬殊，加剧了此两层的刚度差，因此在结构布置时转换层竖向构件截面较大，同时又应尽量减少对使用功能的影响。
（4）本工程一层带裙楼，结构布置应尽量控制本层质心刚心的偏心率以及本层质心与以上各层综合质心的偏心距离，减轻扭转效应。
3 结构计算分析
本工程属于体型复杂的高层建筑，设计时采用YJK及PMSAP两种不同力学模型的结构软件进行整体分析计算，并采用弹性时程分析法进行补充计算。
本工程带大底盘地下室，顶板厚180～250mm，相关范围地下室侧向刚度大于地上一层的2倍，因此取地下室顶板为计算嵌固端。由于转换梁上剪力墙的墙拱作用，会使转换梁产生轴向拉力，应考虑楼板平面内变形，因此需定义转换层及其上一层楼板为弹性板，但在整体位移指标计算时，为能反映结构的整体扭转，应强制采用全楼刚性楼板假定。
为使复杂高层结构的地震反应谱分析达到足够的精度，保证足够大的各地震作用方向有效质量参与系数，在振型分解反应谱计算中应取足够的振型数。本工程取前30阶振型，计算结果满足规范规定的有效质量参与系数不小于90%。转换层及其上两层剪力墙设置为底部加强部位，框支转换层定义为薄弱层，框支层及以下各层应采用0.2Q剪力调整系数。转换层墙柱梁板混凝土等级均按C45，考虑扭转耦连和偶然偏心，但二者不叠加。为使框支柱有较好的延性，应尽量控制其轴压比。
模型试算时发现转换层结构偏柔，转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比不满足规范要求，为尽量减小结构构件截面对底层商业空间的影响，通过减小截面、缩短墙肢等__手段对上部住宅部分剪力墙进行优化。本工程最终主要指标计算结果如表1、表2所示。通过对比分析可知，YJK及PMSAP二种软件的计算结果基本吻合，各项指标能满足规范要求且相对合理
本工程选用5条实际地震记录和2条人工模拟的加速度时程曲线进行弹性时程分析。分析计算结果可知，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力均大于振型反应谱法计算结果的65%，7条时程曲线计算所得的结构底部剪力平均值大于振型反应谱法计算结果的80%，所选用时程曲线符合规范要求，楼层最大位移曲线变化趋势符合部分框支剪力墙结构的变形形态。经对比，振型分解反应谱法的计算结果大于时程法计算结果的平均值。
4 框支转换构件的设计
（1）框支梁是转换层中最重要的受力构件之一，受力大且受力情况复杂，将转换梁及其上所托剪力墙采用有限元框支剪力墙计算及配筋软件（FEQ）分析可知，转换梁偏心受拉特征明显，截面大部分应力为拉应力，应将有限元分析结果与整体结构计算结果包络设计。
（2）框支柱设计时，应重点加强其延性，控制轴压比，柱内全部纵筋配筋率不小于1.0%，全高采用不小于10@100的井字复合箍，且体积配箍率不小于1.5%，实现强剪弱弯。框支柱在上部剪力墙范围内的纵向钢筋伸入上部墙体内不少于一层，其余柱纵算应锚入转换梁内或板内不小于LaE。
（3）转换层楼板承担着完成上下部分内力重分布的任务，其自身平面内受力大，变形也大，所以转换层楼板必须有足够的刚度以加强结构整体的协调变形能力。本工程转换层楼板厚度采用180mm，楼板钢筋采用双层双向配置，控制最小配筋率0.25%，同时也适当加强转换层相邻上一层楼板，采用120mm厚楼板，板的配筋也均采用双层双向配筋。
5 结语
综上所述，在高层建筑物的施工中，转换层的结构设计是施工过程中的一个难点。因此，为了保障高层建筑转换层的施工质量，施工方必须要高度重视转换层结构设计的工作，并积极做好设计工作中的相关要点，以指导转换层施工的进行，从而为整体的建筑施工带来帮助。
参考文献：
[1]吴高平.高层建筑转换层结构设计[J].华东科技（学术版）.2014（09）.
[2]张桂山.高层建筑转换层结构设计中的问题分析[J].建材与装饰.2015（39）.
论文作者:陈海澎
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/11
标签：结构论文; 刚度论文; 楼板论文; 工程论文; 高层建筑论文; 剪力墙论文; 构件论文; 《基层建设》2017年第26期论文;