王曉 白亮

【摘要】本文首先分析了建筑工程轉(zhuǎn)換層的特點，然后就建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的布置、抗震設(shè)計、轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比等方面進行了詳細的探索研究，最后論述了建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的一些問題，以下就此進行詳細闡述。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)換層； 結(jié)構(gòu)布置； 設(shè)計

一、前言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計越來越受到企業(yè)及施工單位的重視，本文就該部分內(nèi)容展開了分析。

二、建筑工程轉(zhuǎn)換層的特點

工程中經(jīng)常遇到的帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式即為底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)的部分剪力墻落地，部分剪力墻在底部變?yōu)榭蚣?，這種結(jié)構(gòu)形式的受力特點是為：底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)以轉(zhuǎn)換層為界，其上部所有剪力墻變形曲線相似，由水平外力產(chǎn)生的樓層剪力按各片剪力墻的等效剛度比例分配，其下部由于框支剪力墻的側(cè)向剛度急劇變小，使底層框架承擔(dān)的水平力也迅速減小，而落地剪力墻在底層承擔(dān)的水平力卻迅速增加。水平力在底層分配關(guān)系迅速改變，這種改變是通過轉(zhuǎn)換層的剛性樓板對內(nèi)力的傳遞作用而實現(xiàn)的。轉(zhuǎn)換層樓板在完成上下樓層剪力重新分配的同時，自身在平面內(nèi)受到很大的力，也產(chǎn)生了較明顯的平面內(nèi)變形，從而影響了關(guān)于樓板平面剛度無限大的基本假定。

當(dāng)?shù)讓涌蛑е吐涞丶袅Π吹刃偠确峙渌搅r，由于框支柱的側(cè)向剛度通常不到剪力墻側(cè)向剛度的1%，因此在計算中它所承擔(dān)的水平力是極小的。但當(dāng)轉(zhuǎn)換層樓板有變形時，底層在框支柱區(qū)域內(nèi)水平位移達到最大，從而使框支柱實際受到的剪力要比理論分析所得到的剪力大得多。以上受力特點表明，轉(zhuǎn)換層上下附近的受力狀況是比較復(fù)雜的，在工程設(shè)計時必須對落地剪力墻和框支柱留有安全儲備。

三、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計方法

1、梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是高層建筑中經(jīng)常采用的一種形式。其主要是將墻轉(zhuǎn)換成梁柱的形式，在具體的施工過程中，能夠明確和了解傳力途徑。因此，采用這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)簡單、清楚且施工成本低。正因為其有這種優(yōu)點，在高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛。由于建筑結(jié)構(gòu)多樣化，在實際工程建設(shè)中，轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)形式也趨于多樣化。轉(zhuǎn)換梁所承受的荷載力來源于豎向桿件荷載作用下的受力情況。通過對不同結(jié)構(gòu)性形式轉(zhuǎn)換梁的受力規(guī)律進行分析和研究，可以了解轉(zhuǎn)換梁設(shè)計方法受荷載作用和轉(zhuǎn)換層的形式影響較大。

2、桁架式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的受力規(guī)律較為清晰，使用起來比較靈活，還能起到良好的抗震效果。這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)演變而來的，其整個轉(zhuǎn)換層是由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組成，桁架結(jié)構(gòu)的上下桿件布置在轉(zhuǎn)換層的上下樓面結(jié)構(gòu)層內(nèi)。桁架結(jié)構(gòu)高度很高，其下部桿件的界面尺寸較小。雖然桁架式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的整體性能好，但是在施工處理方面卻比較復(fù)雜，施工難度較大。

3、箱式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

箱式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式是單向、雙向托梁與上下層樓板之間共同工作情況下形成的。其整體性能較好，在上下層結(jié)構(gòu)布置過程中，具備有效的傳力。從高層建筑結(jié)構(gòu)來看，其占用太大的空間，不適用于住宅轉(zhuǎn)換層的設(shè)計，由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)常會與設(shè)備布置和管道布置發(fā)生沖突。

4、厚板厚梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)

高層建筑結(jié)構(gòu)中，當(dāng)上下柱網(wǎng)軸線錯開較大，需要用厚板進行直接承重，形成厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，這種轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式可以靈活布置下層柱網(wǎng)，不需要與下層結(jié)構(gòu)對齊。但是，采用這種結(jié)構(gòu)形式的自重大，施工材料消耗較大，使得成本增加。厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的強度大，使上層結(jié)構(gòu)的布置更加方便；由于傳力模糊不清，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)計算受到限制，影響整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

四、工程設(shè)計中應(yīng)著重注意的幾個問題

底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)以轉(zhuǎn)換層為界，其上部所有剪力墻變形曲線相似，由水平外力產(chǎn)生的樓層剪力按各片剪力墻的等效剛度比例分配，其下部由于框支剪力墻的側(cè)向剛度急劇變小，使底層框架承擔(dān)的水平力也迅速減小，而落地剪力墻在底層承擔(dān)的水平力卻迅速增加。水平力在底層分配關(guān)系迅速改變，這種改變是通過轉(zhuǎn)換層的剛性樓板對內(nèi)力的傳遞作用而實現(xiàn)的。轉(zhuǎn)換層樓板在完成上下樓層剪力重新分配的同時，自身在平面內(nèi)受到很大的力，也產(chǎn)生了較明顯的平面內(nèi)變形，從而影響了關(guān)于樓板平面剛度無限大的基本假定。當(dāng)?shù)讓涌蛑е吐涞丶袅Π吹刃偠确峙渌搅r，由于框支柱的側(cè)向剛度通常不到剪力墻側(cè)向剛度的1%，因此在計算中它所承擔(dān)的水平力是極小的。但當(dāng)轉(zhuǎn)換層樓板有變形時，底層在框支柱區(qū)域內(nèi)水平位移達到最大，從而使框支柱實際受到的剪力要比理論分析所得到的剪力大得多。在設(shè)計中需要注意以下幾個問題：

1、避免結(jié)構(gòu)沿豎向剛度突變。對于底層大空間層可通過提高混凝土強度和加大豎向構(gòu)件（框支柱、落地剪力墻）尺寸等措施來提高樓層的抗推剛度，使上下層剪切線剛度比（γ）不大于2（抗震區(qū)）。

2、為確保底部大空間各樓層的抗震可靠性，在計算時將底層水平力全部由落地剪力墻來承擔(dān)，各片剪力墻之間按其等效剛度比例分配相應(yīng)承擔(dān)的水平力，而所有框支柱至少承擔(dān)20%的樓層剪力，框支柱的柱端彎矩應(yīng)按調(diào)整后的剪力計算。

3、為了保證轉(zhuǎn)換層樓板的剛度和強度，使其更好地傳遞水平力，轉(zhuǎn)換層樓板的厚度不宜小于18 cm，并且應(yīng)雙向雙層配筋，每層每一方向配筋率不小于0. 25%。

五、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計的注意事項

1、抗震設(shè)計時，高位轉(zhuǎn)換對結(jié)構(gòu)受力十分不利。計算分析說明，在水平地震作用下，傾覆力矩分布曲線在轉(zhuǎn)換層處呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)換層下部是以剪力墻為主的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，落地剪力墻所分配的傾覆力矩由轉(zhuǎn)換層往下遞增較快，而支撐框架的傾覆力矩遞增很少。

2、在轉(zhuǎn)換層處，框支剪力墻的大量剪力通過樓板傳遞給落地剪力墻，這也是傾覆力矩曲線呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折的原因。當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較高時，剪力分配和傳力途徑亦發(fā)生急劇的突變，落地剪力墻更容易產(chǎn)生裂縫，框支剪力墻在轉(zhuǎn)換層上部的墻體所受內(nèi)力很大，易于破壞，轉(zhuǎn)換層下部的支承框架更易于屈服，從而容易形成幾個薄弱層。因此，為保證設(shè)計的安全性，規(guī)定部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)置在3層以上時，其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級宜按高規(guī)規(guī)定提高一級采用，已經(jīng)為特一級時不再提高，提高其抗震構(gòu)造措施，而對于底部帶轉(zhuǎn)換層的框架-核心筒結(jié)構(gòu)和外圍為密柱框架的筒中筒結(jié)構(gòu)的抗震等級不必提高底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑在我國已大量建造，但至今未經(jīng)受到大地震的考驗。其轉(zhuǎn)換層上部樓層的部分豎向構(gòu)件不能連續(xù)貫通至下部樓層，因此，轉(zhuǎn)換層是薄弱樓層，其地震剪力需乘以1.15的增大系數(shù)。設(shè)計中不要誤認為只要樓層側(cè)向剛度滿足要求，該樓層就不是薄弱層。

3、對轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用的計算內(nèi)力需調(diào)整增大；8度抗震設(shè)計

時，還應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。轉(zhuǎn)換構(gòu)件的豎向地震作用，可采用反應(yīng)譜方法或動力時程分析方法計算：作為近似考慮，也可將轉(zhuǎn)換構(gòu)件在重力荷載標準作用下的內(nèi)力乘以增大系數(shù)1.1，高規(guī)中對框支柱的內(nèi)力增大幅度比較高；轉(zhuǎn)換層位置在3層及3層以上的結(jié)構(gòu)對抗震更為不利，其內(nèi)力增大幅度也適當(dāng)提高。

六、結(jié)束語

加強對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究，可以使建筑整體的質(zhì)量得到更好的保障，也可以使建筑的使用年限得到延長，是非常具有現(xiàn)實意義的研究。

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