高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

劉建明

（廣州市番禺城市建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣州 番禺 511400）

1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的形式及應(yīng)用

1.1 形式

（1）實(shí)腹梁轉(zhuǎn)換層

實(shí)腹梁轉(zhuǎn)換層采用剪力墻和框支梁同框支柱結(jié)合的形式，廣泛的應(yīng)用于底層是商場、飯店，上部為住宅、公寓的高層建筑。實(shí)腹梁與上層剪力墻共擔(dān)豎向及水平負(fù)荷。當(dāng)然，實(shí)腹梁也有不足的地方，由于下部空間較大，使得轉(zhuǎn)換梁的跨度極大，這需要大梁有很強(qiáng)的抗彎、抗剪能力。為了增強(qiáng)這種能力，只能通過增大轉(zhuǎn)換梁的橫截面來實(shí)現(xiàn)，重量增大之后，容易形成上下剛度突變，對于抗震十分不利。

（2）桁架式轉(zhuǎn)換層

在荷載的作用下，桁架承受軸向拉力或壓力，從而使材料的強(qiáng)度得到充分利用，增大剛度，減輕自重，較大跨度的承重結(jié)構(gòu)和高聳結(jié)構(gòu)比較實(shí)用，但是在使用過程中需要充分考慮桁架的用途、材料和支撐方式。上部是住宅，下部是商場，一般設(shè)置有管道設(shè)備層的情況下，這時(shí)候可采用桁架式，根據(jù)上下柱網(wǎng)跟軸線的位置在設(shè)備層的空間設(shè)置桁架，將上部的柱墻荷載通過桁架傳到下部，從而設(shè)備管道又可以在桁架內(nèi)穿行，但是需要注意，在建筑中，一般要求有3m以上的桁架轉(zhuǎn)換層，并要求上部集中載荷的中心與上弦節(jié)點(diǎn)對齊。

（3） 板式轉(zhuǎn)換層

板式轉(zhuǎn)換層可以靈活布置下層柱網(wǎng)，不用對齊上層結(jié)構(gòu)，但是這種轉(zhuǎn)換層體系的自重很大，比較耗費(fèi)材料，因?yàn)榘迨降暮穸雀吒鶕?jù)實(shí)際情況來選中，有時(shí)候厚度為 3m，抗震的效果不明顯，因?yàn)榘迨阶灾卮?，在地震作用下，引起的水平地震作用會使下部樓層的層間側(cè)移變大，上下部因?qū)娱g側(cè)移使剛度變小，加劇上下部塑性變形。所以在震區(qū)的高層，慎用板式樓蓋。

（4） 箱式轉(zhuǎn)換層

將轉(zhuǎn)換層兩層樓板加厚后與實(shí)腹梁結(jié)成一體就是箱形轉(zhuǎn)換。箱形轉(zhuǎn)換層的面內(nèi)剛度大，重量介于實(shí)腹梁與厚板轉(zhuǎn)換之間。這種結(jié)構(gòu)形式能承受上下柱網(wǎng)變動較大的情形，建筑布局十分靈活。但是缺點(diǎn)是上下剛度突變大，高位轉(zhuǎn)換不易，施工困難，造價(jià)很高。

1.2 應(yīng)用要點(diǎn)

（1）強(qiáng)化轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的布置

在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置中需要注意以下問題：①確保上層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以采用轉(zhuǎn)換大梁、桁架、空腹桁架、斜撐、箱形結(jié)構(gòu)等來保持穩(wěn)定性；②內(nèi)筒貫通落地，并在底部增加墻的厚度，確保筒體結(jié)構(gòu)的整體性。建筑的落地剪力墻同樣需要在底部增大墻體厚度，并保證其間距，避免出現(xiàn)樓板錯層現(xiàn)象；③框支剪力墻轉(zhuǎn)換層上層墻體不能安置邊門洞，中柱上方也盡量不要安置門洞，防止轉(zhuǎn)換部位破壞。如要安置門洞的話可在墻體中部安置門洞，保障受力均勻；④轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上部的墻、柱應(yīng)直接落在主要轉(zhuǎn)換構(gòu)件上。

（2）強(qiáng)化轉(zhuǎn)換柱的布置

轉(zhuǎn)換柱是轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，由于其剛度和延性均不如剪力墻，因而在轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中需控制其數(shù)量。通?？蛑Э蚣芩袚?dān)的地震傾覆力矩應(yīng)小于總傾覆力矩的50%。

（3）強(qiáng)化落地剪力墻的布置

必須保證落地剪力墻的數(shù)量，其承受的地震傾覆力矩不能小于總地震傾覆力矩的50%，同時(shí)嚴(yán)格控制落地剪力墻的洞口的設(shè)置，一般設(shè)于墻體中部。落地剪力墻的間距也需要注意，在非抗震時(shí)，一般小于36m和3B；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，如果建筑底部框支層為1層或2層時(shí)，間距需控制在24m和2B以下，如果建筑底部框支層是3層或是3層以上的話，間距不應(yīng)大于20m和1.5B（B是落地剪力墻之間樓蓋的平均寬度）。

2 應(yīng)用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

在水平地震作用時(shí)，一般傾覆力矩的分布曲線在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)處出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，因此轉(zhuǎn)換層的內(nèi)力較大，需要全面考慮地震作用的影響?？梢酝ㄟ^振型分解反應(yīng)譜法或者是時(shí)程分析法來計(jì)算地震作用。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的計(jì)算內(nèi)力應(yīng)乘以放大系數(shù)，以確保其安全。高位轉(zhuǎn)換對抗震性能十分不利，應(yīng)避免在3層或是3層以上進(jìn)行轉(zhuǎn)換，否則應(yīng)提高結(jié)構(gòu)的抗震等級。

2.2 保證轉(zhuǎn)換層剛度

轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)部位會使建筑產(chǎn)生突變，導(dǎo)致成為整個建筑的最薄弱的部位，降低建筑抗震性。設(shè)計(jì)者在轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該保證其剛度不低于上部結(jié)構(gòu)剛度的70%。因此需要對轉(zhuǎn)換層內(nèi)部剪力墻合理安排，適當(dāng)增大厚度，使用高強(qiáng)度混凝土。還應(yīng)該按照筒體結(jié)構(gòu)布置縱橫墻，嚴(yán)格保障轉(zhuǎn)換層剛度。

3 高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用趨勢

3.1 強(qiáng)化對鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換層的應(yīng)用

鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換層的承載力比較高，剛度好，能夠極大程度地減小截面的尺寸，加之塑性、抗震性比較優(yōu)越，定位準(zhǔn)確，能夠加快工程進(jìn)度，但是現(xiàn)在在國內(nèi)運(yùn)用鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換層的還不是多，但是國外現(xiàn)在已經(jīng)開始廣泛的運(yùn)用。

3.2 加強(qiáng)對預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)化層的應(yīng)用

預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換層能夠?yàn)檗D(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)和施工帶來優(yōu)勢，因?yàn)樗某兄睾奢d力跨度比較大，而且其自身重量輕，能夠節(jié)省建筑材料和施工的費(fèi)用，隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展，能夠一定程度上降低工程的成本，相對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說比較經(jīng)濟(jì)。

3.3 重視對轉(zhuǎn)換梁受力性能的改善

對轉(zhuǎn)換梁的受力性能進(jìn)行改善，主要可以借助以下幾種方式：一是可以發(fā)揮斜向支撐的作用，可在轉(zhuǎn)換梁的上部框架中設(shè)置一定數(shù)量的斜桿，分去梁所承托的荷載承載力；二是多道轉(zhuǎn)換豎向的傳力，設(shè)置多道轉(zhuǎn)換梁，分擔(dān)承托上部的荷載承載力，降低單根轉(zhuǎn)換梁的荷載；三是運(yùn)用轉(zhuǎn)換梁加腋，抗剪承載力往往決定了轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸，準(zhǔn)用轉(zhuǎn)換梁加腋可以增強(qiáng)支座區(qū)段的抗剪承載力，減小轉(zhuǎn)換層的截面尺寸，進(jìn)而降低轉(zhuǎn)換梁的承受荷載，但是相應(yīng)也會增加上部墻體的承受荷載。