【摘 要】本文结合笔者的工作实践，阐述了高层建筑转换层结构设计原则，从而就带转换层高层建筑结构设计中相关问题进行了探讨。
【关键词】高层建筑；结构设计；转换层；结构选型；抗震构造措施
近些年来，随着城市化进程的加快，综合性高层建筑建设规模不断扩多，建筑功能的不同，其空间大小也存在较大的差异，采用单一的结构形式难以满足建筑的使用要求。而在高层综合型建筑中，转换层结构形式得到了广泛使用，这种结构形式具有底部空间大，空间使用灵活等优点。但同时也存在一定的问题及不足，如结构刚度容易发生突变、竖向构件出现不连续等问题，这样将不利于整个结构传力路线和结构抗震。因此，本文结合工程实例，针对高层综合楼转换层结构设计中相关问题进行了论述，以供同行参考。
1 概述
某高层综合楼，地上32层，地下2层，地下室层高为4.5m，商场层高为5m。是集商业、饮食、办公为一体的商业综合性建筑，地下1层为汽车库，地下2层为人防工程和设备用房。电梯间、楼梯间采用剪力墙核心筒结构，其他部分采用另一种结构体系，故需要设置结构转换层，通过转换层的设置，实现这种结构变化形式的过渡，完成各自的需求功能。
2 结构设计原则
在高层建筑转换层结构设计实践中，建筑竖向刚度时常会发生突变，在地震作用下转换层上下易形成薄弱环节，这样将不利于结构抗震措施，因此，在设计中我们应遵循以下几个方面的原则：
（1）在整体结构设计中，应满足规范要求，不断加强转换层下部主体结构刚度，如采用增设剪力墙、增大竖向构件截面等措施，同时，还要减弱上部结构刚度，实现下部分的剪切刚度的协调。
（2）在高位转换时，我们应选择桁架式转换结构，以避免框支柱剪力和柱顶弯矩问题。
（3）在核心筒竖向结构构件设计中，我们应确保构件的连续贯通，传力明确。除此之外，还要不能采用多级复杂转换形式，以避免传力不明确。
（4）在高层整体结构分析时，我们要重视转换结构设计的各个环节，并建立正确的计算模型，对结构进行弹性时程分析和补充计算，同时将这两种分析结果进行对比分析。另外，还要注意对整体结构进行重力荷载下施工模拟计算；对转换结构进行局部补充计算，为模拟符合的实际边界条件，局部计算模型中至少要取2层结构。
3 概念设计
在整体结构概念设计时，我们需要注意以下几点：（1）对底部框支层的刚度进行加强。根据以上设计原则分析，在抗震设计时转换层上下结构侧向刚度比应小于2。同时，由于核心筒位置考虑，由于其位置北向刚度过大，所以需要在底部靠南的位置增设短肢剪力墙，并使刚心和质心重合，从而有利于底部刚度的提高，以达到刚度比限值要求。（2）加强转换层楼板的刚度，以确保水平荷载传递的可靠性。为了增加结构的整体性，楼板设计厚度为180mm，并采用双层双向配筋方式，控制每层的配筋率为0.25%。（3）在框支柱上布置短肢剪力墙，以减少在框支柱间设置剪力墙，加长墙肢，以降低转换大梁的弯矩和梁高。
4 结构选型与布置
在高层建筑转换层结构设计时，若选用厚板进行转换，需要考虑到以下几点问题：（1）由于板材和混凝土的用量较多，这样将会给施工带来一定的难度，同时也会增加投资成本；（2）结构受力比较复杂，计算过程也显得比较繁琐。如果采用箱形进行转换，那么，其结构具有较好的整体性，同时也能确保竖向构件的有效传力。但在结构设计上，因这种转换方式内力较复杂，加上技术储备不足，因此具有一定的设计和施工难度。而采用梁式转换层，不仅具有设计和施工简单，转换构件传力路径清晰，且经济合理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（3）这种形式拥有自由畅通的内部空间，可以满足管线布置要求，同时，在转换梁结构受力较小的部位开洞口，以满足建筑使用功能的要求。
本工程上部住宅空间划分较多，因此需设置转换主梁和次梁，也就是说将转换层设置成二次转换；同时，为了满足建筑的使用功能要求，需要设置部分短肢剪力墙。
5 结构计算与分析
本工程采用SATWE空间有限元软件对剪力墙进行单元模拟。根据笔者的工作经验，需要对转换梁截面进行选定，并采用SATWE对整体结构进行计算，以求得转换梁的设计剪力。待得到设计剪力值后，再按照相关规定，确保该值小于0.15fcbh/0.85校核截面尺寸。本工程转换层中的转换梁最大跨度6.5m，大梁截面尺寸分别为450×1400（mm），400×1400（mm），450×1100（mm）。梁宽大于200mm，梁高不小于梁跨度的1/6，均满足规定要求。按照轴压比对框支柱截面尺寸进行确定，其截面尺寸分别为：700×900（mm），850×850（mm），900×900（mm）。同时，通过采用SATWE软件进行整体分析，以求得出结构顶点位移、层间位移以及地震剪力等。
6 抗震构造措施
为了满足抗震设防要求，需要采用必要的结构构造措施。（1）由于框支梁的上部墙体开门洞附近剪力均较大，因此应加密配箍；若发现洞口靠近梁端时，应采用梁端加腋方式，以提高结构的抗剪承载力，箍筋应加密配置。（2）对于二次转换梁来说，集中荷载容易引起应力更加复杂，所以需要在梁端处增设加腋，确保抗剪的安全性。（3）在结构构造设计时，要确保框支剪力墙洞口上部连梁的强剪弱弯，在连梁内充分配筋，配置交叉斜筋，以确保梁内出现塑性绞。
7 结论
综上分析，本文就带转换层高层建筑结构设计实例进行了探讨，得到了以下几个方面的结论：
（1）在梁式转换层结构设计时，要充分掌握结构设计理论，采用概念设计的方法解决结构上的难题，并采用计算方式去验证概念设计，以提升结构设计的质量。同时，要确保结构平面和竖向布置的合理性，从整体上形成良好的抗震体系，确保建筑物的安全性。
（2）在进行建筑结构分析时，要充分掌握和明确的结构设计的概念和思路，采用适用于梁式转换层结构分析的平面有限元程序进行计算。
（3）在转换层结构中设置二次转换梁，虽然能够减小了转换主梁的剪跨比，但因荷载通过多次转换传递，很容易造成转换主梁出现破坏，加上次梁正交部位截面分布比较复杂，从而造成梁端出现裂缝，因此应尽量避免二次转换。
（4）在实际建筑结构设计中，应将转换层作为设备层来使用。因此，在转换梁设计过程中，我们要充分考虑到腹部开口的大小和位置。
（5）要充分考虑转换梁与上部结构共同工作的程度，尽可能避免梁的跨中弯矩和支座剪力与实际情况存在较大的差异。
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论文作者:毕涛
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第15期
论文发表时间:2016/11/7
标签：结构论文; 刚度论文; 结构设计论文; 高层建筑论文; 剪力论文; 截面论文; 构件论文; 《低碳地产》2016年8月第15期论文;