摘　要：本文作者介紹了高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設計要點,包括結(jié)構(gòu)選型、抗震等級確定、結(jié)構(gòu)布置和轉(zhuǎn)換構(gòu)件的構(gòu)造要求等，探討了梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計的要點。

　　關鍵詞：高層建筑,轉(zhuǎn)換層,結(jié)構(gòu)設計

　　根據(jù)建筑平面及功能要求合理選擇轉(zhuǎn)換層形式,正確選擇建筑抗震類別是轉(zhuǎn)換層設計的關鍵點,結(jié)合結(jié)構(gòu)布置,正確選擇各分部的抗震等級,構(gòu)件設計應注重抗震延性設計的概念,對主要構(gòu)件進行加強是設計的重點。本文以一棟帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑的結(jié)構(gòu)設計為例介紹轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設計要點。

　　1.工程概況

　　該工程地下兩層,地上裙房五層,總層數(shù)三十一層。一層層高為5.3米,二層、三層層高均為5.0米,四層、六層層高均為4.2米,五層層高為5.2米,七層至三十一層層高均為2.9米,建筑物總高99.2米。該工程地下一層為大賣場和地下車庫,地下二層為車庫及平戰(zhàn)結(jié)合的六級民防地下室,一～四層為商場,五層為會所,六～三十一層為高級公寓。建筑抗震設防類別:裙房為乙類,主樓為丙類;抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度0.15g;設計地震分組為第一組;場地類別為Ⅱ類。轉(zhuǎn)換層設在第六層樓面。

　　2.轉(zhuǎn)換層型式的選擇

　　各種形式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)缺點詳見表一:

　　結(jié)合工程實際建筑布局情況,并考慮經(jīng)濟指標及施工難易程度,經(jīng)過技術經(jīng)濟比較后,決定采用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式,也可稱為梁式框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

　　3.梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設計要點

　　3.1 抗震等級的確定

　　本工程轉(zhuǎn)換層以下為框架-剪力墻結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層以上為純剪力墻結(jié)構(gòu),是多種結(jié)構(gòu)形式共存的復雜高層建筑,因而不能象單純的框架結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)那樣籠統(tǒng)地確定抗震等級,而應該嚴格按照現(xiàn)行規(guī)范的不同章節(jié),有針對性地分別確定結(jié)構(gòu)體系各部位不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級,這是設計的關鍵點。

　　3.2 結(jié)構(gòu)豎向布置

　　高層建筑的側(cè)向剛度宜下大上小,且應避免剛度突變。然而帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)顯然有悖于此,因此對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度作了專門規(guī)定。對該工程而言,屬于“高位轉(zhuǎn)換”。轉(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比宜接近于1,不應大于1.3。在設計過程中,應把握的原則歸納起來,就是要強化下部,弱化上部。可以采用的方法有以下幾種:

　　3.2.1 與建筑專業(yè)協(xié)商,使盡可能多的剪力墻落地,必要時甚至可在底部增設部分剪力墻(不伸上去)。除核心筒部分剪力墻在底部必須設置外,還與建筑專業(yè)協(xié)商后,讓兩側(cè)各有一片剪力墻落地·這些無疑都大大增強了底部剛度。

　　3.2.2 加大底部剪力墻厚度。轉(zhuǎn)換層以下剪力墻中,核心筒部分的厚度取為600mm,其余部分的厚度取為600mm。

　　3.2.3 底部剪力墻盡量不開洞或開小洞,以免剛度削弱太大。

　　3.2.4 提高底部柱、墻混凝土強度等級,采用C45混凝土(框支柱采用C50混凝土)。

　　3.2.5 適當減少轉(zhuǎn)換層上部剪力墻數(shù)目,控制剪力墻厚度,并可在某些較長剪力墻中部開結(jié)構(gòu)洞(結(jié)構(gòu)施工完畢后再用填充墻填實),以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利,還可減輕建筑物重量,減小框支梁承受的荷載;增大結(jié)構(gòu)自振周期,減小地震作用力。

　　工程綜合采用上述幾種方法后,轉(zhuǎn)換層上下剛度比在X方向為0.725,在Y方向為0.813,滿足規(guī)范要求,效果良好。雖然上下部剛度比滿足要求,但畢竟工程仍屬于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層及其下各層為結(jié)構(gòu)薄弱層,因而應將該兩層的地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)。

　　3.3 結(jié)構(gòu)平面布局

　　工程底部為框架-剪力墻結(jié)構(gòu),體型簡單、規(guī)則;上部為純剪力墻結(jié)構(gòu)。在剪力墻平面布置上,東西向完全對稱,南北向質(zhì)量中心與剛度中心偏差不超過2m,結(jié)構(gòu)偏心率較小。除核心筒外,其余剪力墻布置分散、均勻;且盡量沿周邊布置,以增強抗扭效果。查閱計算結(jié)果,扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.85,各層最大水平位移與層間位移比值不大于1·4,均滿足平面布置及控制扭轉(zhuǎn)的要求。可見工程平面布局規(guī)則合理,抗扭效果良好。

　　4.轉(zhuǎn)換構(gòu)件設計要求

　　4.1 框支柱框支柱截面尺寸主要由軸壓比控制并應滿足剪壓比要求。為保證框支柱具有足夠延性,對其軸壓比應嚴格控制。工程框支柱抗震等級為特一級,軸壓比不得大于0.6,對部分因截面尺寸較大而形成的“短柱”,不得大于0.55。柱截面延性還與配箍率有密切關系,因而框支柱的配箍率也比一般框架柱的大得多。箍筋不得小于Ф10@ 100,全長加密,且配箍率不得小于1.5%。在工程中,個別框支柱還兼做剪力墻端柱,所以還應滿足約束邊緣構(gòu)件配箍特征值不小于0.2的要求,折算成配箍率(C50混凝土)即為2.64%。框支柱為非常重要的構(gòu)件,為增大安全性,對柱端剪力及柱端彎矩均要乘以相應的增大系數(shù),每層框支柱承受剪力之和應取基底剪力的30%。因為程序計算時,一般假定樓板剛度無限大,水平剪力按豎向構(gòu)件的剛度分配。底部剪力墻剛度遠大于框支柱,使得框支柱剪力非常小。然而考慮到實際工程中樓板的變形以及剪力墻出現(xiàn)裂縫后剛度的下降,框支柱剪力會增加。因而對框支柱的剪力增大作了單獨規(guī)定。另外,為了加強轉(zhuǎn)換層上下連接,框支柱上部墻體范圍內(nèi)的縱筋應伸入上部墻體內(nèi)一層;其余在墻體范圍外的縱筋則水平錨入轉(zhuǎn)換層梁板內(nèi),滿足錨固要求LaE。

　　4.2 框支梁

　　框支梁截面尺寸一般由剪壓比控制,寬度不小于其上墻厚的2倍,且不小于400mm;高度不小于計算跨度的1/6。工程框支梁梁寬統(tǒng)一定為800mm。框支梁受力巨大且受力情況復雜,它不但是上下層荷載的傳輸樞紐,也是保證框支剪力墻抗震性能的關鍵部位,是一個復雜而重要的受力構(gòu)件,因而在設計時應留有較多的安全儲備,特一級抗震等級的框支梁縱筋配筋率不得小于0.6%。框支梁在滿足計算要求下,配筋率不小于0.8%。框支梁一般為偏心受拉構(gòu)件,梁中有軸力存在,因而應配置足夠數(shù)量的腰筋。腰筋采用Ф16,沿梁高間距不大于200mm,并且應可靠錨入支座內(nèi)。框支梁受剪很大,而且對于這樣的抗震重要部位,更應強調(diào)“強剪弱彎”原則,在縱筋已有一定富余的情況下,箍筋更應加強。箍筋統(tǒng)一采用Ф14@ 100八肢箍全長加密,配箍率達到1·.53%,遠大于文獻[1]對特一級級抗震條件下框支梁的配箍率要求。

　　4.3 轉(zhuǎn)換層樓板

　　框支剪力墻結(jié)構(gòu)以轉(zhuǎn)換層為分界,上下兩部分的內(nèi)力分布規(guī)律是不同的。在上部樓層,外荷載產(chǎn)生的水平力大體上按各片剪力墻的等效剛度比例分配;而在下部樓層,由于框支柱與落地剪力墻間的剛度差異,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。轉(zhuǎn)換層樓板承擔著完成上下部分剪力重分配的任務;并且由于轉(zhuǎn)換層樓板自身平面內(nèi)受力很大,而變形也很大,所以轉(zhuǎn)換層樓板必須有足夠的剛度作保證。轉(zhuǎn)換層樓板采用C50混凝土,厚度180mm。Ф14@ 150鋼筋雙層雙向整板拉通,配筋率達到0.28%。另外,為了協(xié)助轉(zhuǎn)換層樓板完成剪力重分配,將該層以上兩層及以下各層樓板也適當加強,均取厚度150mm。

　　5.結(jié)語

　　近年來,隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展,人們對高層建筑的功能要求趨向于多樣化、綜合化和全面化。為較為最常見的形式以上部為小開間的民用住宅,下部為大開間的商場或公共娛樂場所。從建筑功能上看,高層建筑上部需要較多的墻體來分隔空間以滿足住宅戶型的需要;而下部則希望有較大的自由靈活空間,大柱網(wǎng)、少墻體,以滿足公共使用要求。然而,按照這樣的建筑形式進行結(jié)構(gòu)布置時,上部墻體多而密,下部柱網(wǎng)少而稀,即剛度上大下小。這與常規(guī)的結(jié)構(gòu)豎向布置的原則正好是相反的。為了滿足建筑要求就必須在上下不同結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的樓層設置轉(zhuǎn)換層。于是,帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)孕育而生,并在近年來得到較為廣泛的應用。

　　參考文獻:

　　[1] JGJ3-2002,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程[S]。

　　[2] 章斌全.框支剪力墻轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計探索[J]。工程建設與設計, 2003(2): 8~10。

　　[3] 高雪峰.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計的改進建議[J]。建筑技術開發(fā), 2003(3): 6~7。