广东省建筑设计研究院 510630
摘要：在高层结构设计中，由于建筑的限制，上层竖向构件不允许直落到基础上，因此需要设置转换梁转换柱来传递上部塔楼的荷载。由于转换结构的特殊性，容易形成软弱层和薄弱层，需要对转换结构进行加强处理，确保其安全性。但加强结构意味着经济性的降低，所以在结构设计中尽量避免转换结构的出现。本文通过逐层增加剪力墙面积的方法，使结构转换层的框支剪力墙面积与本层总剪力墙面积的比值小于10%，避免成为转换结构，实现设计优化。同时利用软件计算其侧向刚度及受剪承载力，并没有出现软弱层及薄弱层。
关键词：转换结构；高层建筑；设计优化
前言
现代多高层建筑物趋向多功能和多用途发展，从顶部到底部的使用功能：住宅、办公、商业娱乐等。不同使用功能空间采用不同结构形式：住宅和办公宜采用剪力墙结构形式，商业娱乐多采用框架或者框架剪力墙结构形式。当上部的竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接连续贯穿落地时，就需要转换层过渡。转换结构在竖向荷载作用下传力不直接，传力路径复杂，转换层相邻楼层结构竖向刚度发生突变，在地震力作用下易形成软弱层，进而发展成为薄弱层。因此结构设计时，有转换的结构需要加强其构造要求和内力再放大：如剪力墙底部加强部位的高度至少取至转换层以上两层；转换结构构件的水平地震作用计算内力需要乘以增大系数，转换构件抗震等级提高等。因此转换结构导致了整体建筑混凝土用量和钢筋用量提高，经济性变低。因此在结构设计时，尽量避免转换结构。
一、避免转换结构出现的新思路
鱼珠某项目，框架剪力墙结构，设防烈度7度，二级抗震，共26层，高度约100米。首二层为商业，三～五层为办公，六～二十四层为公寓，如图1和图2所示。图中表明，五层中间剪力墙形状为矩形，六层楼层剪力墙形状为T形。腹板与翼缘端部均有部分突出下层矩形剪力墙范围，为框支部分。T形剪力墙与矩形剪力墙交界处如图3所示。
根据《广东省高层建筑混凝土结构技术规程》[1]第11.2条的条文说明规定：对整体结构中仅有个别结构构件进行转换的结构，比如框支剪力墙的面积不大于剪力墙总面积的10%，或托换柱的数量不多于总柱数的20%时，可不划归带转换层结构，但有关转换构件和转换柱的设计可参照本节有关条文要求进行构件设计。本工程计算得到的相关数据见表1，表明框支剪力墙面积占总剪力墙面积的18.5%，大于本层剪力墙总面积的10%。因此，本结构体系应为部分框支剪力墙结构。
为避免此框架剪力墙结构变为部分框支剪力墙结构体系，在不影响建筑的使用功能的条件下，逐层增加每层矩形剪力墙的长度，截面尺寸由600x2500（首层墙柱），600x2820（二层墙柱），600x3140（三层墙柱），600x3460（四层墙柱），变为600x3780（五层及夹层），剪力墙成阶梯状，见图5。这种做法使到六层的框支剪力墙面积变小，框支部分占比为9%，小于10%，如图图4及表2所示。所以此结构体系可归结为框架剪力墙结构。
（实线填充为上下贯通的剪力墙，打点填充为剪力墙不往上部延伸，斜线填充表示框支部分）
图5 阶梯状剪力墙剖面图
二、侧向刚度及受剪承载力验算
转换结构对结构整体信息中的侧向刚度比及受剪承载力的影响较为明显。因此，需要分析阶梯状剪力墙模型的侧向刚度比及受剪承载力。
1．侧向刚度比
图6 x，y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度90%的比值
注：第四自然层为二层平面，第七自然层为五层平面，第八自然层为夹层平面，第九自然层为六层平面。
如图6所示，表明结构的各层楼层侧向刚度均不小于相邻上层楼层侧向刚度的90%。大部分楼层的比值集中在1.1～1.2之间。侧向刚度下大上小，呈逐渐均匀变化。
2 受剪承载力
图7 x，y方向楼层抗剪承载力验算
注：第四自然层为二层平面，第七自然层为五层平面，第八自然层为夹层平面，第九自然层为六层平面，
如图7所示，楼层抗侧力结构的层间受剪承载力均大于其相邻上一层受剪承载力的80%，符合《广东省高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.3条[1]，表明此结构各层的受剪承载力基本没有发生突变，较为均匀。
以上分析表明，阶梯状剪力墙结构的侧向刚度及受剪承载力符合相关规范要求，不会形成软弱层及薄弱层。因此水平力（地震，风）不会对结构产生太大的内力集中效应，使到结构被“拦腰截断”。
总结
转换结构不仅改变了竖向荷载的传力路径，而且还影响侧向刚度。因此要尽量避免转换结构。本结构设计通过逐步增大底部矩形剪力墙的长度，使6层框支剪力墙的面积与本层总剪力墙面积的比值小于10%，满足《广东省高层建筑混凝土结构技术规程》[1]相应的要求，使整个结构体系归于框架剪力墙结构，而非框支剪力墙结构。另一方面，根据《高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析JGJ3-2010》[2]第10.2.1条结构设计建议：实际工程中，应区分“个别框支”和“一般框支”的情况，对“个别框支”（当框支的位置在房屋中部区域，且被转换的墙肢面积不超过该墙肢所在楼层墙肢总面积的10%时）可认为其不属于本章所述的框支转换结构，仅对转换的相关范围采取加强措施，对转换构件按本章规定设计。因此，为了确保结构安全，本结构采取了一些加强措施，如与框支剪力墙相连的框架梁均按框支梁来设计、与框支剪力墙相连的楼板配筋加强，楼板加厚及混凝土等级提高等，确保结构的安全可靠。
参考文献：
[1]《广东省标准高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ15-92—2013）出版[J].建筑结构，2013，43（17）：95.
[2]朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析[M].中国建筑工业出版社：北京，2013年.339.
作者简介：
苏宇畅（1990-），男，山东，助理工程师，硕士研究生
论文作者:苏宇畅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/7
标签：结构论文; 剪力墙论文; 刚度论文; 承载力论文; 构件论文; 楼层论文; 面积论文; 《基层建设》2018年第11期论文;