箱形轉(zhuǎn)換層研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

唐思賢，余建方

（貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

1 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的定義

在高層建筑的下部，如果上部樓層的豎向構(gòu)件（剪力墻或柱）不能直接連續(xù)貫通落地時，需要在樓層中布置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換構(gòu)件，包括斜柱轉(zhuǎn)換、梁轉(zhuǎn)換、桁架轉(zhuǎn)換、厚板轉(zhuǎn)換厚板。轉(zhuǎn)換構(gòu)件所在的樓層稱為轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層承受上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，并將其傳遞給下部結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換層主要分兩種類型：①上下層柱網(wǎng)轉(zhuǎn)換，即通過轉(zhuǎn)換層使底部結(jié)構(gòu)柱距擴大；②上下樓層結(jié)構(gòu)類型的轉(zhuǎn)換，即是將上部剪力墻轉(zhuǎn)換為下部框架。

工程中轉(zhuǎn)換層類型主要有梁式轉(zhuǎn)換層、厚板轉(zhuǎn)換層、箱形轉(zhuǎn)換層、桁架轉(zhuǎn)換層等，具體如下圖1～4所示。梁式轉(zhuǎn)換層應(yīng)用廣泛、受力明確、設(shè)計簡單、規(guī)范詳細，但有時有一定局限性，國內(nèi)采用最多就是梁式轉(zhuǎn)換層，如圖1所示。如果上、下柱網(wǎng)柱距差別較大，用梁直接撐托比較困難，則可以使用厚板形成板式轉(zhuǎn)換層，如下圖2所示。板式轉(zhuǎn)換層特點是上、下層柱網(wǎng)可以靈活布置、無需對齊，有利于較好地滿足建筑功能的要求，但板式轉(zhuǎn)換層自重大，材料浪費多，分析復(fù)雜，設(shè)計不成熟，而且厚板處應(yīng)力集中對抗震也不利。如果轉(zhuǎn)換層上部樓層過多，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換梁的尺寸很大，影響下部結(jié)構(gòu)正常功能使用時，可以采用桁架轉(zhuǎn)換層，如下圖3所示。如果將梁式轉(zhuǎn)換層的上、下層樓板和轉(zhuǎn)換梁結(jié)合在一起形成一個整體結(jié)構(gòu)，就形成了箱形轉(zhuǎn)換層，下圖4所示。

圖1 梁式

圖2 厚板式

圖3 架式

圖4 箱形

2 箱形轉(zhuǎn)換層的特點

箱形轉(zhuǎn)換層是通過一整層來達到具有較大剛度的一種轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。如果梁式轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換梁截面過大，達到或接近層高，此時把轉(zhuǎn)換梁和本層上、下樓板結(jié)合在一起，整層就形成箱形結(jié)構(gòu)，在箱體中布置縱橫向轉(zhuǎn)換梁，就形成箱形轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換梁和樓板結(jié)合在一起，形成一個整體，此時剛度比厚板轉(zhuǎn)換層小，比梁式轉(zhuǎn)換層大，能夠有效改善建筑的受力情況，減少厚板轉(zhuǎn)換層的應(yīng)力集中，解決梁式轉(zhuǎn)換層梁截面大而形成的短柱，增大結(jié)構(gòu)的延性，不易出現(xiàn)薄弱層，應(yīng)用范圍很廣。

3 箱形轉(zhuǎn)換層與框支剪力墻結(jié)合應(yīng)用

箱形轉(zhuǎn)換層和框支剪力墻結(jié)合，是箱形轉(zhuǎn)換層最常用的應(yīng)用?？蛑Ъ袅拖湫无D(zhuǎn)換層結(jié)合，對于大空間轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)勢。箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可以增加轉(zhuǎn)換層的剛度，轉(zhuǎn)換層中的框支梁和框支柱可以增強箱梁的抗彎性能。

箱形轉(zhuǎn)換層和框支剪力墻結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)整體，具有轉(zhuǎn)換層剛度比較大、自重小、設(shè)計比較簡單、減小應(yīng)力集中等優(yōu)勢；它可以基本完成厚板轉(zhuǎn)換層的功能，可避免厚板結(jié)構(gòu)在抗震區(qū)抗震超限問題，解決了普通梁式轉(zhuǎn)換中短柱引起的強彎弱剪問題，加強了結(jié)構(gòu)的整體性能。

4 箱形轉(zhuǎn)換層的研究現(xiàn)狀

江蘇省建筑設(shè)計研究院有限公司的賈鋒（2007），通過對常熟華府世家工程的一棟高層建筑的研究，指出采用箱形轉(zhuǎn)換可以增強結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層整體性，提高其抗震性能。廈門市建筑設(shè)計院林蘇建（2005），介紹了某結(jié)構(gòu)的箱形轉(zhuǎn)換層的設(shè)計方法，指出轉(zhuǎn)換層框支柱要進行截面控制，通過對轉(zhuǎn)換層框支柱進行截面控制，使各個柱受力狀況接近，從而提高轉(zhuǎn)換層的受力性能。同濟大學(xué)的姚亞雄提出了箱形轉(zhuǎn)換層較好的發(fā)揮了空間結(jié)構(gòu)性能，通過空間有限元分析，闡述了箱形轉(zhuǎn)換層的特點。哈爾濱工程大學(xué)的梁文彥（2007），對某建筑箱形轉(zhuǎn)換層的計算手段進行了比較，提出了用簡支箱梁有線條法來進行箱形轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計。南京工業(yè)大學(xué)的劉偉慶（2009），通過實驗以及和有限元模型分析對比研究，得出帶箱形轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的建筑整體抗震性能較好，箱體本身在地震作用下具有良好的工作性能。武漢理工大學(xué)的劉肖凡（2007），采用有限元模型對武漢水果湖大廈工程進行分析，指出對于該工程，轉(zhuǎn)換層下部主要受剪，上部主要受彎；轉(zhuǎn)換層具有較大的抗側(cè)移剛度和平面外剛度，轉(zhuǎn)換層上下兩層易出現(xiàn)應(yīng)力集中。

目前，對箱形轉(zhuǎn)換層的研究很少，而且這些研究主要采用有限元法分析工程實例的抗震性能，得出一些數(shù)據(jù)和結(jié)論。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（JGJ3-2010）的10.2.13條，只對箱形轉(zhuǎn)換層作了最基本的規(guī)定，并沒有對箱形轉(zhuǎn)換層的設(shè)計方法作進一步的介紹，所以其抗震性能的研究還很不完善，需要對該類轉(zhuǎn)換層進行大量的工程實例分析研究，才能使箱形轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用得到較大的推廣。

5 總結(jié)與展望

箱形轉(zhuǎn)換層具有能夠改善整體結(jié)構(gòu)的受力性能，但是《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（JGJ3-2010）并沒有對其進行詳細的規(guī)定。箱形轉(zhuǎn)換層仍有一些重要的問題仍未研究透徹：①如箱形轉(zhuǎn)換層在轉(zhuǎn)換層處剛度突變較大，豎向不規(guī)則嚴重，如何改善其應(yīng)力集中將是一個很值得研究的問題；②進行相應(yīng)的彈、塑性分析及靜、動力特性研究，來對比分析梁式轉(zhuǎn)換層和箱形轉(zhuǎn)換層的抗震性能指標；③不同的橫隔板高度箱形轉(zhuǎn)換層的影響；④考慮轉(zhuǎn)換層上下板的共同工作作用對抗震性能的影響；⑤橫隔板開洞口大小對轉(zhuǎn)換層的影響；⑥箱形轉(zhuǎn)換層對于整體結(jié)構(gòu)的抗震性能影響、轉(zhuǎn)換層各構(gòu)件的應(yīng)力分布和位移等一系列問題，都沒有得到有效解決。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.J G J3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]蔡全智，肖楠，張智，等.高層結(jié)構(gòu)箱形轉(zhuǎn)換層上短肢剪力墻的有限元分析[J].華中建筑，2007（02）.

[3]霍凱成，劉肖凡.帶箱形轉(zhuǎn)換層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2008（06）.

[4]楊驍，王艷晗.箱形轉(zhuǎn)換層研究現(xiàn)狀及展望[J].山西建筑，2011（06）.

[5]賈鋒.常熟華府世家箱形轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2007（08）.