邵阳市第一建筑设计研究院 422000
摘要：目前高层建筑已经成为主要的建筑形式，在城市现代化建设中发挥重要作用。为了满足建筑不同功能的需要，在设计建筑结构时，也会采用不同的建筑设计方案。转换层是现代高层建筑结构设计中较为常见的一种结构形式，现本文就主要探讨了箱形转换层结构的主要设计方法和技术措施。文章是以某高层建筑为例，对其计算和设计分别进行了详细探讨，以供同类工程参考借鉴。
关键词：高层建筑；箱形；转换层；结构设计
某高层建筑工程是位于某市中心的一个高档住宅区建筑，总建筑面积为20万m2，一共由5栋30层高层建筑组成，其中地上一层为酒店式大堂， 地下有2层地下室，并且为了充分利用地下空间，5栋建筑的地下室是相 互连通的。这样一来，就为地下结构的承重能力提出了较高的要求。且由于2层以上都是住宅部分，一般都是小开间，上层的柱结构要比一层柱结 构更多，为了保证建筑的稳定和安全，经设计人员研究，决定采用框支剪力墙结构，并将地上二层设计为转换层。以下本文就来谈谈该转换层结构的设计方案。
1、结构设计总体设想及面临的问题
在建筑相关规定中，本工程属于丙类建筑，结构安全等级为二级。抗震设防烈度为 7 度。为了确保建筑基础的强度，采取了灌注桩和桩筏基础进行基础施工。由于地下两层和地上一层均为大开间，柱结构较少。而地上二层以上均为小开间的住宅区，结构垂直方向受力不均匀，因此在结构设计人员在研究后最终决定采用框支剪力墙结构作为建筑的主体结构，并在地上二层设置箱形转换层，箱高2.3m。这样一来，就可以解决上部墙体无法落在框支梁上的受力问题，从而有效的增大建筑转换层的抗压能力、强度和整体刚度。并且通过箱形转换层的上下层板还能在一定程度上改善框支梁的抗扭性。从而使整个建筑结构的受力更为合理。另外，为了使建筑的总体刚度进一步增强，还要对建筑的抗侧力构件进行合理的布局设置，这样还可以提高建筑的抗震性能与抗风性能。设计中将核心筒剪力墙进行落地设计，并在建筑物外围设置了一定厚度的L型剪力墙，这样可以借鉴独立框支角柱的问题，还可以保证剪力墙的落地数量，协调转换层上下结构的刚度比。但是在具体的设计中，还面临了一定的问题。这是因为本工程的结构原本就较为复杂，再加上使用了箱形转换层，更是增大了设计可行性的难度。如高宽比的设计，长宽比的设计可能会出现超限问题，不利于建筑达到预期的防震性能。为了能够解决这些问题，保证建筑工程顺利实施，设计人员通过计算分析等方式对箱形转换层结构设计方案进行了全面优化。
2、计算软件与计算模型
本工程采用SATWE和SAP2000软件对结构整体进行计算分析，其中箱形转换层作为一层考虑，顶、底板考虑面内变形和面外刚度影响，称为计算模型A，箱形转换层以下和以上各层结构设计以此模型计算结果为主要依据；同时，为使箱形转换层内的腹板（肋梁）设计更安全，在SATWE 软件计算中，将转换层视为一般的转换梁结构（忽略箱形转换层底板的有利作用），首层结构的层高取自该层柱底至箱形转换层中部的距离，称为计算模型B。箱形转换层内的肋梁设计，依据两个计算模型的结果比较，主要参考模型B的计算结果，转换层上、下楼层的侧向刚度比和等效侧向刚度比也以此计算结果为准，以便与现行有关规范的侧向刚度比规定相一致。设计中，对结构方案、主要构件截面尺寸，通过反复计算比较，进行优化调整。
3、结构设计优化
3.1 结构计算周期、剪重比、扭转位移比
结构计算周期偏短，主要是因为转换层上部住宅部分剪力墙较多、转换层下部因结构楼层刚度比要求而使构件截面尺寸（如墙厚）加大所致。结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期之比为0.63，不大于0.85，满足规范要求。从结构振动形态看，本工程的结构平面置较均匀，平扭藕联现象不显著。水平地震作用下，各层最小剪力系数、层间位移均满足规范要求。考虑质量偶然偏心后，X向地震作用下，楼层内最大位移与平均位移之比均不超过1.20，多数在1.05左右；Y向地震作用下，大多数不超过1.35。
3.2 楼层侧向刚度比
按照楼层剪力与层间位移的比值计算转换层与其上层的侧向刚度比，X方向为 0.867，Y 方向为 0.776，均大于0.5（转换层要求）和0.7（一般楼层要求），符合规范规定。因为本工程首层较高，弯曲变形明显，按照高层规程计算转换层上、下楼层的等效侧向刚度比，X方向为0.44，Y方向为1.16，均不大1.3，满足要求。
3.3 箱形转换层计算和设计
本工程箱形转换层的肋梁与顶、底板形成整体结构，肋梁与普通独立梁的受力形态有所不同，但基本上仍是偏心受拉构件，按普通转换梁计算顶、底的纵向钢筋，并符合普通转换梁的构造要求，其结果是偏于安全的，但腰筋的配筋量同时应符合计算模型A的水平分布钢筋要求。肋梁计算配筋普遍不大，除个别梁段外，纵向钢筋配筋率均不超过1%，抗剪配筋基本为构造要求。肋梁顶、底部纵向钢筋可采用工字形截面梁的配筋方式，翼缘宽度可取板厚的8-10倍（中梁）或4 ~5倍（边梁），纵向钢筋的70% -80% 配置在翼缘中部1 /2宽度内。另外，根据 SAP2000的计算结果进行内力组合，计算转换层顶、底板的配筋，X方向（水平方向）计算结果见表 1.Y方向计算结果也有类似形态，本文从略。
表 1 转换层顶、底板配筋计算结果（X方向）
以上计算结果清晰地显示：箱形转换层是整体受力的，与普通梁式转换层受力有较大区别。若为普通200mm楼板，在肋梁分割的板块中，按局部弯曲计算则基本不需要计算要求的配筋，但箱形转换层顶、底板按整体受力的偏拉或偏压构件计算，仍需较大配筋。
4、箱形转换层对框支柱的影响
通过SATVVE程序，分析结果进一步表明，箱形转换层整体性较好，使得框支柱受力更均匀。为最终确定框支柱设计配筋，详细分析了SAP2000 程序的计算结果，按我国规范规定，要求框支柱承受至少20%的基底剪力，从而计算出框支柱地震剪力调整系数（X方向为 7.93 倍，Y方向为15.17倍）， 最后再按我国规范的规定进行内力组合、内力调整和截面配筋设计。在对计算结果反复对比研究、分析、判断后，综合确定了框支柱的截面配筋。
5、结束语
总之，在通过详细的计算分析和设计优化后，本工程最终得到了结构性能较为良好的箱形转换层结构，其受力分布较为均匀，很好的解决了建筑的上下受力问题，并且要比普通的梁式转换层效果更好，设计更方便，结构更安全。但若干，在框支剪力墙的柱设计中，一定要充分考虑到空间的整体作用，对设计方法进行比较分析，最终设计出优秀设计方案。本工 程的箱形转换层结构设计方法可以供同类工程的设计人员借鉴参考。
参考文献：
[1]汤启明，陈卓. 重庆国际贸易中心箱形转换层结构设计[J].建筑结构.2010（S1）
[2]刘伟庆，王贵华，戴雅萍. 带箱形转换层高层建筑结构的抗震性能.
论文作者:王梅
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/14
标签：结构论文; 刚度论文; 建筑论文; 受力论文; 方向论文; 结构设计论文; 底板论文; 《建筑学研究前沿》2017年第8期论文;