摘要：本文結合一棟帶結構轉換層的高層建筑結構設計過程，探討了結構轉換層的方案選擇、結構布置、結構分析與構造處理。通過工程實例詳細介紹了梁式轉換結構的設計計算要點，對同類工程設計具有一定的參考價值。
　　關鍵詞：高層建筑；轉換層；框支梁；框支柱
　　一、工程概況
　　常州市某高層商住樓，是集商業、住宅于一體的綜合性高層建筑。該工程地下一層，層高5.15m，布置設備用房、地下水池及公共自行車泊位。地上1層為商業用房，層高4.5m，2層以上為剪力墻結構住宅，層高為3.0m，為實現這種底部大開間與上部剪力墻之間的轉換，在主樓2層設置結構轉換層，以傳遞豎向荷載和水平荷載。21層以上為機房和屋頂水箱。室外地坪以上主體高度為65m。建筑平面如圖1，2所示。
　　二、結構方案確定
　　帶轉換層的復雜結構已逐漸成為豎向不規則高層建筑中經常采用的一種滿足其建筑功能及美學要求的結構布置方式。同時，由于轉換層結構有其自身的結構弱點，因此《建筑抗震設計規范》和《鋼筋混凝土高層建筑結構設計規程》都對其做了嚴格的規定，特別是對高位轉換的結構做了更為嚴格的規定，由于總體結構豎向構件傳力不連續性，造成結構上荷載不能傳遞給下部對應的結構構件，而是通過轉換結構的內力重分配，再向下傳遞給下部結構的豎向構件，故轉換構件相當重要而且受力非常復雜，保證轉換結構正常地、可靠地、有效地工作是結構設計的重點。本文結合本工程建筑方案的要求，對轉換方案進行多方比較。
　　
　　圖1底部1層建筑平面圖                                                                        圖22層以上建筑平面圖
　　
　　圖3結構平面圖
　　如圖1，2所示，由于該建筑功能的特殊要求，導致了上部框支剪力墻軸線與底部框支框架錯開較多，初步方案擬采用板式轉換層，這樣可以解決眾多軸線錯開的問題。厚板的厚度根據柱網尺寸、上部結構荷載綜合確定。板式轉換層的優勢在于，下部柱網受上部結構布局影響較小，可靈活布置。厚板剛度很大，形成一個承臺，整體性較好，而且施工也較為便捷。但厚板轉換的傳力途徑不清楚，受力也十分復雜，同時為滿足抗剪和抗沖切的要求，初步計算板厚需要2.2～2.8m左右，厚板的巨大重量勢必會增大下部豎向構件的強度設計要求，同時，由于厚板的質量集中在結構中部，使得結構整體振動性能復雜，且該厚板轉換層剛度遠大于下層剛度，容易產生應力集中，地震反應強烈，對抗震十分不利〔1〕。并且材料耗用多，經濟性也較差。綜上，厚板轉換層對本工程并不適用。
　　梁式轉換層具有傳力直接明確，傳力途徑清楚的優點，并且轉換梁受力性能好，施工也比較方便。經與建筑、業主多次協商，調整建筑圖，盡量保證轉換梁直接承托上部剪力墻，減少轉換次數，避免主次梁的復雜轉換形式。框支主次梁平面圖如圖2所示（為表達清楚，圖中忽略轉換構件以外的平面圖，圖中灰色部分為底部框支結構，黑色部分為上部框支剪力墻）。
　　三、整體結構計算分析
　　 為分析主次梁方案的可行性，采用SATWE、PMSAP對該結構進行整體對比計算.抗震等級：框支框架、底部加強區均為一級；風荷載按百年一遇取0.45Kk/m2；地震作用按剪彎剛度計算并考慮扭轉耦聯，共計算24個振型（圖中僅列出前三個振型數據），計算結果見表1。
　　表1結構整體計算的部分結果

　　由表1計算結果可以得出以下結論：
　　1）結構第一第二振型均為平動振型，第三振型為扭轉振型，且結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比均小于0.85，滿足規范要求；
　　2）軟件整體計算側向剛度時給出了三種計算層側向剛度的方法：a.剪切剛度；b.剪彎剛度；c.地震剪力與地震層間位移的比。按“剪彎剛度計算”時，轉換層上部與下部結構的等效側向剛度比γe均小于1.3。滿足規范要求。
　　3）最大層間位移與平均層間位移比均小于1.4，滿足規范要求。
　　四、整體結構設計關鍵技術措施
　　由于框支剪力墻結構上下剛度突變，豎向構件不連續，傳力復雜，在地震作用下框支層容易產生很大的內力和塑性變形，易造成震害，屬于不利于抗震的結構。但框支剪力墻結構可滿足建筑物上、下不同使用功能的要求。因此，當建筑方案確定后，為改善抗震性能，減輕自重并節省投資，應進行合理的設計計算。結合工程實踐，本文總結了以下梁式轉換結構設計的關鍵技術措施。
　　1、合理布置底部大開間柱網，盡量使轉換梁直接承托上部剪力墻，減少轉換次數，縮短傳力路徑，避免主次梁的復雜轉換形式；
　　2、為保證結構沿豎向剛度均勻變化，應設法爭取盡可能多的上下貫通構件。同時加大落地剪力墻的厚度，提高落地剪力墻混凝土強度等級，減小洞口尺寸，使縱橫墻盡量連接形成筒體，可以增大底部大空間的剛度；
　　4、嚴格控制轉換層上下結構的側向剛度比，保證底部大空間層有足夠的剛度，防止豎向剛度變化過于懸殊。
　　5、強化下部框剪結構，弱化上部剪力墻結構。按開間擴大上部剪力墻間距，不但能減少混凝土用量，也有利于減小剛度；較長的上部墻體留設結構洞，洞用輕質墻體填充，亦可有效地減小剪力墻結構的剛度。
　　6、加強轉換層樓板平面內的整體性和側向剛度，采用現澆混凝土樓板，同時加強轉換層上、下一層樓板平面內剛度，本項目轉換層板厚取為200mm，相鄰層板厚取為150mm，均采用雙層雙向布筋；結構布置盡量左右對稱，加強薄弱部位樓板的厚度及配筋；
　　7、通過調整剪力墻的布置方式，使結構質心和剛心接近，避免扭轉；
　　8、控制風荷載和地震作用下結構層間位移角，要滿足規范對地震基底剪力與重力荷載代表值的比值限制；
　　9、控制結構底部加強區剪力墻及其它部分剪力墻、框支柱及非框支柱軸壓比。
　　五、結束語
　　帶轉換層復雜高層建筑結構能滿足建筑物上、下不同使用功能的要求，但該類結構由于上下剛度突變，豎向構件不連續，屬于不利于抗震的結構。轉換層結構設計是結構設計的一個難點，更是不同形式結構體系轉換的關鍵點，設計時應不斷研究和進行方案比較。本文通過建立不同分析模型對某高層商住樓框支剪力墻結構進行了計算分析，探討了結構轉換層轉換方式的優缺點，提出了轉換層結構的結構布置、結構分析與設計計算要點。
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