轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

韓杰

【摘要】近十幾年來，帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)由于底部大空間，使用靈活方便，在國內(nèi)外得 到了廣泛的應(yīng)用，在高層建筑結(jié)構(gòu)的底部，當上部樓層部分豎向構(gòu)件（剪力墻、框架柱）不 能直接連續(xù)貫通落地時，應(yīng)設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在用有限元等設(shè)計軟件計算外還應(yīng)該 對一些轉(zhuǎn)換構(gòu)件進行必要的補充計算。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；轉(zhuǎn)換層；抗震；內(nèi)力計算

【Abstract】Over the last decade， building structure with transfer layer due to the bottom of the large space and easy to use at home and abroad has been widely used in the bottom of the high-rise building structure， when the upper portion of the vertical floor member （shear wall， frame column ） can not directly through the continuous landing， the structure should be set conversion layer. Conversion structure in the calculation using the finite element design software packages should also member of some transformations necessary supplementary calculations.

【Key words】High-rise buildings；Conversion layers；Seismic；Internal force calculation

隨著生活水平的提高，人們對功能需求也越來越高，在近年來的高層建筑的設(shè)計中， 通常將大柱網(wǎng)的購物商場、餐廳、娛樂設(shè)計于多功能綜合性高層建筑的下層部分，而將較小柱網(wǎng)、較小開間的住宅、公寓、旅館、辦公功能的建筑設(shè)計于中、上層部分。由于不同建筑使用功能要求不同的空間劃分布置，相應(yīng)地，要求不同的結(jié)構(gòu)形式。如何將它們之間通過合理地轉(zhuǎn)換過渡，豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的轉(zhuǎn)換，就成為多功能綜合性高層建筑結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵技術(shù)。 結(jié)構(gòu)上的轉(zhuǎn)換層概念，主要是指在整個建筑結(jié)構(gòu)體系中，合理解決豎向結(jié)構(gòu)的突變性轉(zhuǎn)化和平面的連續(xù)性變化的結(jié)構(gòu)單元體系。

1. 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)抗震功能

（1）不管采用何種轉(zhuǎn)換形式，帶轉(zhuǎn)換層的剪力墻結(jié)構(gòu)仍是目前工程應(yīng)用的主要結(jié)構(gòu)形式。同 時，由于轉(zhuǎn)換層位置越來越高，帶轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)也時有應(yīng)用。對帶轉(zhuǎn)換層的剪力墻結(jié)構(gòu) 及帶轉(zhuǎn)換層筒體結(jié)構(gòu)這兩類轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)換層上下層間位移角及內(nèi)力變化情況的分析， 可得出影響其抗震性能的主要因素：轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度、轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)等效剛度比、 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)與其上層結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比。對帶轉(zhuǎn)換筒體結(jié)構(gòu)其主要影響因素表現(xiàn)為轉(zhuǎn)換層上部 外筒的剛度、轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度和內(nèi)筒剛度。

（2）對上述兩類轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層高度是影響其抗震性能的主要因素之一，轉(zhuǎn)換層高度越高， 轉(zhuǎn)換層上下層間位移角及內(nèi)力突變越明顯，設(shè)計時應(yīng)限制轉(zhuǎn)換層設(shè)計高度，高規(guī) 10.2.2 條 規(guī)定，8 度時不宜超過 3 層，7 度時不宜超過 5 層。轉(zhuǎn)換層與其上下層的側(cè)向剛度比對結(jié)構(gòu) 抗震性能有一定影響。對轉(zhuǎn)換層位置較低的帶轉(zhuǎn)換層的剪力墻結(jié)構(gòu)，控制側(cè)向剛度比可以控 制轉(zhuǎn)制層附近的層間位移角及內(nèi)力突變。 對轉(zhuǎn)換層位置較高的帶轉(zhuǎn)換層的剪力墻結(jié)構(gòu)，僅僅控制轉(zhuǎn)換層上、下樓層的側(cè)向剛度比 是不夠的，還應(yīng)控制轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)等效剛度比，轉(zhuǎn)換層上部和下部結(jié)構(gòu)的等效剛度 比越大，轉(zhuǎn)換層上下層間位移角及內(nèi)力突變情況越明顯，設(shè)計時應(yīng)當加以控制，使其盡量接 近于 1，且不大于 1.3。

（3）帶轉(zhuǎn)制層的筒體結(jié)構(gòu)，如轉(zhuǎn)換層上部的外筒為框架，一般情況下不會發(fā)生剛度突變，但 建立傳力途徑的變化仍然存在。這類結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層設(shè)計高度可適當提高，等效剛度比一般都 滿足限制條件，但轉(zhuǎn)換層本層側(cè)向剛度與相鄰上層側(cè)向剛度之比值，有時會不滿足限制條件。 對這類結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位仍須采限加強措施。 綜合一些震害研究、試驗及分析工作等可知，帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)由于豎向布置及 剛度變化，在地震作用下受力復雜，這也對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了特殊的要求：

2. 帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）減少轉(zhuǎn)換。布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時，注意使盡可能多的上部豎向結(jié)構(gòu)能 向下落地連續(xù)貫通，尤其框架核心筒結(jié)構(gòu)中核心筒應(yīng)上下貫通。

（2）傳力直接。布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時，注意盡量使水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)傳力直接， 盡量避免多級復雜轉(zhuǎn)換，慎重采用傳力復雜、抗震不利的平厚板轉(zhuǎn)換，如上下柱網(wǎng)確定無法 對齊時，盡量采用箱形轉(zhuǎn)換。

（3）強化下部、弱化上部。對于帶轉(zhuǎn)換層的剪力墻結(jié)構(gòu)或筒體結(jié)構(gòu)，可采取以下措施 強化下部結(jié)構(gòu)：加大筒體及落地墻厚度、提高混凝土強度等級，必要時可在房屋周邊增置部 分剪力墻、壁式框架或樓梯間筒體、提高抗震能力；可采取以下措施弱化上部：不落地剪力 墻開洞、開口、減小墻厚度等。

（4）優(yōu)化轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)?？拐鹪O(shè)計時，當建筑功能需要不得以高位轉(zhuǎn)換時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先 選擇不致引起地震作用下框支柱（邊柱）柱頂彎矩過大、柱剪力過大的結(jié)構(gòu)形式，如斜腹桿 桁架、空腹桁和扁粱等，同時要注意需滿足重力荷載作用下強度、剛度要求。

（5）計算全面細致。必須將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)中一個重要組成部分采用符合實際 受力變形狀態(tài)的計算模型進行三維空間整體結(jié)構(gòu)計算分析。必要時可采用有限元方法對轉(zhuǎn)換 結(jié)構(gòu)進行局部補充計算，此時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)以上至少取兩層結(jié)構(gòu)進入局部計算模型，并注意模型 邊界條件符合實際工作狀態(tài)。

（6）8 度抗震設(shè)計時除考慮豎向荷載、風荷載或水平地震作用外，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)件在重力荷載標準值作用下的內(nèi)力乘以增大系數(shù) 1.1.

（7）轉(zhuǎn)換層的水平構(gòu)件，除整體分析以外，尚應(yīng)補充計算，補充計算可采用局部分析軟件或 手算方法。補充計算時，可將轉(zhuǎn)換層頂作為計算基準面，按（恒+0.5 活）標準值工況整體 分析計算出各墻體（柱）豎向荷載下各構(gòu)件上的 Nqk（kN），并折成均布荷載 qk（kN/m）； 按整體分析水平地震作用下各振型組合時計算出各構(gòu)件上的標準值 NEK（kN） 和 MEK（kN.m），并把 NEK（kN）折成均布荷載 q`EK（kN/m），把 MEK 折成兩個三角形豎向荷 載 q`EK（kN/m）。將上述標準值按不同抗震設(shè)防烈度和抗震等級，并按《高規(guī)》第 10.2.6 條規(guī)定折算成設(shè)計值，然后連同轉(zhuǎn)換層有關(guān)荷載設(shè)計值，按水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件單跨或多跨及與柱 或落地墻連接情況，計算其彎矩、剪力等內(nèi)力，當需要與風荷載組合時并與之相疊加，按此 計算結(jié)果與整體分析結(jié)果進行比較，截面設(shè)計時取較大值。

（8）水平地震作用應(yīng)按四種工況比較：x 方向由左向右； x 方向由右向左；y 方向由上向下； y 方向由下向上。

（9）對各水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件應(yīng)按上述四種工況確定其內(nèi)力，與程序計算的結(jié)果做比較，取較大值 進行截面設(shè)計。

高層轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計，強調(diào)概念設(shè)計理念，靈活、恰當?shù)剡\用抗震設(shè)計原則，選擇適宜 的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，全面細致的計算，保證結(jié)構(gòu)安全的同時，靈活的將建筑與結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，實現(xiàn)建 筑之美。