摘要：本文作者结合实际工作经验，对高层建筑转换层结构设计进行了分析探讨，提出了自己的见解。
关键词：高层建筑；转换层；结构设计
1转换层的结构布置设计
一般在高层建筑结构设计中采用转换层的结构设计，都是从建筑功能的角度考虑，建筑底层的楼层空间结构设计均为大开间，而上层的空间结构开间则相对较小；下层的梁柱数量较少，而上层的梁柱相对较多。这种结构设计是不符合常规的建筑结构设计的，若不进行转换层结构设计，就会使建筑的楼层结构稳定性和受力性能受到很大影响。但是即便设计了结构转换层，其布置设计不合理，也不会起到良好的转换作用。一般在转换层结构的布置设计中需要注意以下几点问题：
1.1在采用转换层结构设计的高层建筑中，其竖向构件是无法直接连续贯通落地的，这是因为不同楼层中竖向构件的分布位置都是有很大差异的。只有通过一定的转换构件，才能保证建筑上层结构的稳定。在转换层中所使用的转换构件通常为转换大梁、桁架、空腹桁架、斜撑、箱形结构以及厚板等。
1.2落地剪力墙（筒体）和框支柱的布置对于防止转换层下部结构在地震中倒塌将起十分重要的作用。带转换层筒体结构的内筒应上下贯通落地并按刚度要求增加墙厚；框支剪力墙结构要有足够的剪力墙上、下贯通落地并按刚度比增加墙厚；长矩形平面的框支剪力墙结构，抗震设计时，要控制落地剪力墙的间距；要限制落地剪力墙与相邻框支柱的距离；严格控制转换层落地剪力墙与相邻框支柱的距离；严格控制转换层上、下刚度的突变；框支柱周围的楼板不应错层。上述几点原则是防止转换层下部结构破坏的基本要求，遵从这些原则可控制刚度突变，减少内力传递突变程度，缩短转换层上、下结构内力传递途径，保证楼盖有足够刚度以传递不同抗侧力结构之间的剪力，防止框支柱因楼盖错层发生破坏。
1.3带转换层结构应使转换层下部结构的抗侧力刚度接近转换层上部邻近结构的抗侧刚度，不发生明显的刚度突变，转换层下部结构不应成为柔弱层，底部柔弱层房屋在大地震中倒塌十分普遍。
1.4另外还应注意转换层所在的高度位置，转换层较高时，更易使框支剪力墙结构在转换层附近的刚度、内力发生突变，并易形成薄弱层，其概念上与底层框支剪力墙结构有一定差别。因此，转换层位置较高的高层建筑不利于抗震。
1.5在框支剪力墙结构中，转换层的上一层墙体最好不要设置边门洞，也不宜在中柱上方设置任何孔洞，这是为了避免框支剪力墙的剪力增大而引起应力集中现象，使转换层结构的墙体受到破坏。若必须要设置一定的门洞，则最好将门洞设置在墙体的中部，这样能够使结构的各个部位都受力均衡。
2各主要结构构件的设计
每座建筑根据各部位受力的不同要求，必然会产生不同受力构件，这些构件各司其职发挥各自的作用，以下将介绍转换结构中几个主要的结构构件的设计：
2.1落地剪力墙
落地剪力墙底层是结构底层的主要抗侧力构件，绝大部分剪力将通过楼板传递到落地剪力墙上，使落地剪力墙的剪跨比M/VhW大大减少，增加了剪坏的可能。由于要使上层与底层的刚度尽量接近，应加大底层墙厚，这对抗剪是有利的。在地震区，为保证底层框支柱的安全，底层不能有大的层间位移，因此要避免落地墙在底层出现塑性铰。设计时，可增大底层承载力，使底层的抗弯承载力可靠度大于二层墙的抗弯承载力可靠度，使塑性铰转移到二层。
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2.2框支柱
框支柱的设计首先要注意轴压比，框支柱截面尺寸一般由轴压比决定，框支墙大部分的轴力由框支柱所承担，转换层以上的墙体水平荷载差不多都能借助板平面内的刚度传递给落地剪力墙，但框支墙的竖向荷载却只能通过框支柱传递，因此框支柱一般轴力都较大，为防止轴力过大延性变差，有必要严格控制框支柱的轴压比。
另外，框支柱还应满足剪压比的要求。当构件的截面尺寸太小或混凝土强度太低时，按抗剪承载力公式计算的箍筋数量会很多，则箍筋在充分发挥作用之前，构件将过早呈现脆性斜压破坏，这时再增加箍筋用量已没有意义，因此要控制剪压比，此时应增加混凝土强度或增大截面尺寸。另外，与一般框架柱相比，框支柱的配箍率要大得多。在转换层结构中，框支柱是很重要的构件，保证其安全性对整个结构都具有非常重大的意义。因此柱端剪力及柱端弯矩都应与相应的增大系数相乘，计算每层框支柱的承受剪力之和时（或每根柱的剪力时），应选取基底剪力的一定比例。这是因为，在计算时，一般采用程序进行，假设的条件是楼板刚度无限大，根据竖向构件的刚度，对水平剪力进行分配。因框支柱远远小于底部剪力墙刚度，必然导致框支柱剪力较小。在实际建筑中，由于受到各种因素的影响，工程中的楼板会出现变形现象，剪力墙也会产生裂缝，这些方面都会降低刚度，从而实际上增加框支柱剪力。因此在结构设计中，会将框支柱剪力的部分独立出来，单独作出要求。此外，应将位于框支柱上部墙体的纵筋伸入到上部墙体内一层，强化转换层上下之间的连接；位于墙体范围外的纵筋应采取水平锚入转换层梁板内的方法，达到锚固要求。
2.3转换构件
框支梁的设计，作为上下层荷载的传输枢纽，框支梁能够保证框支剪力墙抗震性能。框支梁截面尺寸主要受剪压比支配，宽度应大于其2倍的上墙厚，并保持在400mm以上；高度应根据计算出的跨度决定，不小于跨度的1/8；框支梁受力复杂，宜在结构整体计算后，按有限元方法进行详细分析，在竖向荷载和水平荷载作用下，框支梁大多数情况下为偏心受拉构件，并承受很大的剪力，因此《高层建筑混凝土结构技术规程》规定了对框支梁的截面高度设计要求及框支梁截面组合的最大剪力设计值的限制条件。框支梁支座处及上部墙体开门洞附近剪力均较大，箍筋应加密配置；当洞口靠近梁端时，也可采用梁端加腋提高其抗剪承载力，并加密箍筋。应遵循“强剪弱弯”的设计原则，在纵筋数量较多的背景下，加强箍筋。对转换层的转换构件水平地震作用的计算内力需调整增大；符合规范规定的条件时，还应考虑竖向地震作用的影响。转换构件的竖向地震作用，可采用反应谱方法或动力时程分析方法计算。
如采用箱型转换构件，设计时要具有足够大的平面刚度，保证其整体受力作用，箱型转换结构上下楼板厚度不宜小于180mm，而且配筋时要考虑自身平面内的拉力和压力及局部弯矩的影响。
当上部剪力墙结构布置很不规则，非地震区及6度设防地震区可采用厚板转换的结构形式。
2.4转换层楼板
以转换层为界，框支剪力墙被分为上下两部分，且这两者的受力情况是有差异的。上部楼层中，外荷载产生的水平力具有一定的分配原则，是根据各片剪力墙的等效刚度比例来进行的；下部楼层中，框支柱的刚度不同于落地剪力墙间的刚度，水平剪力主要由后者承担，即在转换层处荷载分配不均匀，转换层楼板比一般楼板担负更大的剪力。转换层楼板的任务较重，主要负责完成上下部分剪力重分配，且因转换层楼板自身存在的受力大、变形大特点，必须要有足够的平面内刚度和整体性，注意不要在这层楼板上开较大的洞口。
3结束语
综上所述，在进行转换结构设计时，注意结构布置，要突出重点，把关键构件设计好，使结构受力明确，安全合理。
参考文献
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[3]李中军，徐茂江，李龙.预应力混凝土转换层结构设计[J].建筑结构学报，2016，（11）.
论文作者:王文干
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：剪力论文; 刚度论文; 结构论文; 支柱论文; 构件论文; 剪力墙论文; 楼板论文; 《基层建设》2019年第30期论文;