張立芬（湖南藍(lán)都工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，湖南 常德 415700）

目前轉(zhuǎn)換層技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑物當(dāng)中，成為建筑物當(dāng)中一種常見的結(jié)構(gòu)。城市建筑類型大部分為高層建筑設(shè)計(jì)，高層建筑使用功能逐漸向綜合化、多樣化、全面化等方向發(fā)展。一般而言，當(dāng)高層建筑下部樓層豎向結(jié)果體系或形式與上部樓層差異較大，或者下部樓層豎向結(jié)構(gòu)軸線距離擴(kuò)大或上、下部結(jié)構(gòu)軸線錯(cuò)位時(shí)，就必須在結(jié)構(gòu)改變的樓層布置轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。但是轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是一種受力復(fù)雜的不利抗震的結(jié)構(gòu)建筑，抗震設(shè)防烈度在9度時(shí)不應(yīng)采用，必須按照《抗震規(guī)范》中的抗震等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)造措施[1]?？梢哉f，轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)是整個(gè)工程設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中，必須結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全的綜合成果。

1 設(shè)計(jì)原則

1）結(jié)構(gòu)豎向布置

在轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)中應(yīng)確保轉(zhuǎn)換層具有足夠的強(qiáng)度和剛度，如果對(duì)大底盤多塔樓的商住建筑，塔樓的轉(zhuǎn)換層宜設(shè)置在裙房與塔樓的交接樓面處，并加大樓面轉(zhuǎn)換梁、板的尺寸和厚度。若對(duì)部分框支剪力墻的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)《高層建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定 7 度區(qū)不宜超過第 5 層，8 度區(qū)不宜超過第 3 層。

2）結(jié)構(gòu)平面布置

轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)布置在邊柱和角柱時(shí)，可以使上下層柱交錯(cuò)布置，轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行縱、橫兩個(gè)方向的布置時(shí)可以提供較大的使用空間等等。當(dāng)對(duì)建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，采取將一段長(zhǎng)度的剪力墻與地接觸并且與基礎(chǔ)相通，即使得剪力墻與框支墻形成整體工作體系，這樣提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能[2]。

3）轉(zhuǎn)換層下部的主體結(jié)構(gòu)剛度要得到強(qiáng)化

要使建筑物下部整體結(jié)構(gòu)的抗震性能、延性、剛度和強(qiáng)度得到一定程度的保證，就要對(duì)轉(zhuǎn)換層下部主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的強(qiáng)化，在具體的工作中一般都會(huì)采用提高混凝土等級(jí)、使轉(zhuǎn)換層下部的主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸得到相應(yīng)的增加、增設(shè)剪力墻等眾多方式對(duì)下部主體結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化。在這個(gè)過程中，主要需要注意兩個(gè)方面的問題：

通過增設(shè)剪力墻的方式來提高剛度的時(shí)候，要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體的剛度均勻的分布開，做到剛度中心和質(zhì)量中心的重合，如果二者的中心發(fā)生偏移，很有可能會(huì)發(fā)生建筑整體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)。

要避免簡(jiǎn)體界面尺寸增大，因?yàn)槿绻@個(gè)尺寸變大很可能會(huì)導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)總剛度中簡(jiǎn)體的比重變大，同時(shí)，地震總反應(yīng)也會(huì)相應(yīng)的增大，這樣一來，簡(jiǎn)體的抗震能力就會(huì)出現(xiàn)變化，所能承受的抗震荷載就會(huì)變大，在簡(jiǎn)體的安全設(shè)計(jì)中抗震環(huán)節(jié)要引起格外的重視。

4）轉(zhuǎn)換層的剛度要得到保證

在具體的建筑設(shè)計(jì)中一定要使轉(zhuǎn)換層的剛度得到保證，因?yàn)橹挥袆偠鹊玫搅吮ＷC才會(huì)更好的保證內(nèi)力在轉(zhuǎn)換層和下部構(gòu)件中的合理分配。只有轉(zhuǎn)換梁和剪力墻柱的受力性都非常好，才會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換起到一定的效果。

5）轉(zhuǎn)換層的位置不能偏高

如果轉(zhuǎn)換層的位置偏高，剪力墻的內(nèi)力和剛度都會(huì)發(fā)生變化，對(duì)抗震設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生不利影響。在進(jìn)行高位轉(zhuǎn)換的時(shí)候，轉(zhuǎn)換層下面框支結(jié)構(gòu)的剛度要得到相應(yīng)的控制，這樣的控制可以對(duì)層間內(nèi)力突變的減少具有重要作用。同時(shí)，落地剪力墻也要得到相應(yīng)的控制，而且要比底層框支剪力墻結(jié)構(gòu)更嚴(yán)一些。

2 設(shè)計(jì)實(shí)例

工程位于湖南省長(zhǎng)沙市，是商住合為一體的高層建筑，建筑物總高為65.4m，其中地下1層，主要用途為汽車庫(kù)和設(shè)備用房；1～3為商業(yè)用途；4～20層為住宅樓。

2.1 結(jié)構(gòu)選型

因?yàn)樵摴こ虨樯套』鞛橐惑w的綜合性建筑，住宅樓部分分隔空間較多，所以采用剪力墻結(jié)構(gòu)；而底部商業(yè)樓需要用到大空間結(jié)構(gòu)，就要將剪力墻結(jié)構(gòu)中的部分剪力墻改為框架結(jié)構(gòu)。這種上部為剪力墻結(jié)構(gòu)，底部為部分框架的剪力墻為框支剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)住宅樓部分剪力墻不能從上到下貫通到基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)設(shè)置梁式轉(zhuǎn)換層。因?yàn)?，梁式轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)和施工均較為簡(jiǎn)單，傳力較為明確，是目前應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換型式。它的缺點(diǎn)在于，當(dāng)上下軸線錯(cuò)位布置時(shí)，需增設(shè)較多的轉(zhuǎn)換次梁，空間受力較為復(fù)雜，此時(shí)應(yīng)對(duì)框支主梁進(jìn)行應(yīng)力分析。所以該工程選用了帶梁式轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

2.2 抗震等級(jí)的確定

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010），本工程為丙類建筑，高度65.4m，所處地區(qū)地震設(shè)防列度為7度，框支框架及底部加強(qiáng)部位的剪力墻抗震等級(jí)均為二級(jí)。根據(jù)10.2.6條對(duì)部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)換層的位置在3層及3層以上時(shí)，其框支柱、剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級(jí)需提高一級(jí)采用。因本工程轉(zhuǎn)換層位置處于結(jié)構(gòu)3層，已屬于“高位轉(zhuǎn)換”，根據(jù)規(guī)范要求，該框支框架與底部加強(qiáng)部位的剪力墻抗震等級(jí)均為一級(jí)。

2.3 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置

由于上部的住宅樓需分隔空間較多，一次轉(zhuǎn)換難以滿足建筑功能的需求，因此本商住樓設(shè)置了主梁與次梁的二次轉(zhuǎn)換。

2.4 構(gòu)造措施

對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念分析的基礎(chǔ)上還需采取必要的構(gòu)造措施以滿足結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的要求。本工程采取的構(gòu)造措施如下：

1）加強(qiáng)底部框支層的剛度與延性。轉(zhuǎn)換層以下剪力墻與框支柱混凝土等級(jí)均取C40；底部剪力墻厚度取350mm，而核心筒部分的厚度則取400mm，并盡量不開洞或開小洞為宜，以免削弱底部結(jié)構(gòu)剛度。考慮到本工程結(jié)構(gòu)不規(guī)則，整體性較差，因此在滿足建筑使用功能的前提下盡量布置多些落地剪力墻，減少轉(zhuǎn)換構(gòu)件，還使質(zhì)心與剛心盡量重合，使其滿足轉(zhuǎn)換層結(jié)轉(zhuǎn)換層上下樓層側(cè)向剛度比與轉(zhuǎn)換層等效側(cè)向剛度比的要求。

2）加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層樓板的剛度和延性。由于轉(zhuǎn)換層樓板是框支剪力墻結(jié)構(gòu)的分界，上下兩部分的受力性能差異較大。上部各片剪力墻結(jié)構(gòu)在外部荷載的作用下基本是按等效剛度比例分配，受力性能較好；而下部框支柱與落地剪力墻由于性能的不同使水平剪力主要集中在落地剪力墻上，即在轉(zhuǎn)換層處荷載分配產(chǎn)生突變，容易造成薄弱層。所以為了確保水平荷載的可靠傳遞，轉(zhuǎn)換層樓板采用了C35混凝土，樓板厚度為200 mm，鋼筋采用高強(qiáng)度HRB400級(jí)鋼筋雙層雙向布置，配筋率滿足每層每向大于0.25%的要求。

3）結(jié)構(gòu)計(jì)算。

梁式轉(zhuǎn)換層建筑結(jié)構(gòu)主要可以分成兩部分，一個(gè)部分就是豎向荷載和剪力墻本身的受力已經(jīng)很大了，同時(shí)還要作為建筑結(jié)構(gòu)抗震的重要部位。另一個(gè)部分就是在轉(zhuǎn)換的過程中要將上層的水平剪力傳到下層的抗剪結(jié)構(gòu)之中，同時(shí)它本身收受的內(nèi)剪力會(huì)比較大，還會(huì)承受一部分豎向荷載，這就要求建筑的樓板要具有足夠的強(qiáng)度與剛度。

對(duì)于復(fù)雜高層建筑，合理選擇計(jì)算軟件在設(shè)計(jì)過程中非常重要。為了確保計(jì)算結(jié)果的可靠性，本工程主要應(yīng)用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的2010版PKPM-SATWE進(jìn)行計(jì)算，并用北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司編制的Midsa building2012進(jìn)行復(fù)核。轉(zhuǎn)換層作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成必須采取符合實(shí)際受力變形狀態(tài)的計(jì)算模型進(jìn)行三維空間整體結(jié)構(gòu)受力分析，并對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部補(bǔ)充計(jì)算。為了保證轉(zhuǎn)換梁柱的傳力可靠，轉(zhuǎn)換梁柱中線宜重合；本工程轉(zhuǎn)換梁截面主要為400mm x 1200mm，450mm x 1500mm，500mm x 1500mm幾種尺寸，滿足規(guī)范轉(zhuǎn)換梁截面高度不宜小于計(jì)算跨度的1/8，框支梁截面寬度不宜大于框支柱相應(yīng)方向的截面寬度，且不宜小于其上端截面厚度的2倍和400mm的較大值的要求；框支柱主要為700mm x 900mm，800mm x 800mm，800mm x 1000mm幾種尺寸，滿足柱軸壓比與規(guī)范要求的抗震設(shè)計(jì)時(shí)寬度不宜小于450 mm，高度不宜小于轉(zhuǎn)換梁跨度的1/12要求。對(duì)于帶轉(zhuǎn)換層的復(fù)雜高層建筑，除了需考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)作用外，還需考慮模擬施工加載[3]。由于模擬施工加載3具有同時(shí)考慮豎向剛度的逐漸形成和豎向荷載的逐漸累加，還可根據(jù)具體的施工方案來定制施工次序，從而能更真實(shí)地模擬施工過程，因此模擬施工3更適用于豎向布置不規(guī)則、傳力復(fù)雜的高層建筑，它的計(jì)算結(jié)果比其它幾種模擬施工過程更接近于實(shí)際的施工過程。采用SATWE整體分析求出的頂點(diǎn)位移、落地剪力墻所分擔(dān)的地震剪力、扭轉(zhuǎn)為主的第一周期與平動(dòng)為主的第一周期之比等結(jié)果均滿足規(guī)范要求；在整體分析的基礎(chǔ)上，還應(yīng)取其內(nèi)力進(jìn)行人工配筋校核。

當(dāng)整個(gè)設(shè)計(jì)完成之后，不能忘了還要對(duì)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行有限元計(jì)算，同時(shí)還要對(duì)局部應(yīng)力進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。在對(duì)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行分析與計(jì)算的過程中，應(yīng)該充分考慮到轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)房蓋的內(nèi)剛度影響，同時(shí)還要對(duì)上下樓層的計(jì)算模式進(jìn)行精確的計(jì)算。實(shí)際的設(shè)計(jì)操作證明，對(duì)框支剪力墻的計(jì)算可謂非常之復(fù)雜，下部的跟柱要與剪力墻緊密相連，如果連接不當(dāng)，就很有可能會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。

3 結(jié)語

本文主要針對(duì)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行研究與分析。首先，對(duì)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行介紹。然后，從工程實(shí)例中探討轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)方法，由于帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑理論方法還在不斷完善研究之中，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要不斷對(duì)方案進(jìn)行對(duì)比分析，合理選擇轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)類型，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，才能實(shí)現(xiàn)建筑經(jīng)濟(jì)、合理、安全等綜合目標(biāo)。

[1]謝曉鋒.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題[J]. 廣東土木與建筑，2004（02）9.

[2]周明.高層建筑選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2009（06）,188.

[3]關(guān)度豪.試述如何做好高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程，2010（18）,129.