轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析

【摘要】轉(zhuǎn)換層是建筑物內(nèi)部不可或缺的重要結(jié)構(gòu)之一，轉(zhuǎn)換層一般指建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型，并通過(guò)該樓層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)代高層建筑向多功能和綜合用途發(fā)展，在同一豎直線上，頂部樓層布置住宅、旅館，中部樓層作辦公用房，下部樓層作商店、餐館和文化娛樂(lè)設(shè)施。不同用途的樓層，需要大小不同的開(kāi)間，采用不同的結(jié)構(gòu)形式。為了滿足建筑功能的要求，結(jié)構(gòu)必須以與常規(guī)方式相反進(jìn)行布置，上部小空間，布置剛度大的剪力墻，下部大空間，布置剛度小的框架柱。為此，必須在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層，稱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。

【關(guān)鍵詞】建筑轉(zhuǎn)換層;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);地震作用

1、轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置

底部帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層上部的部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地，因此，必須設(shè)置安全可靠的轉(zhuǎn)換構(gòu)件。按現(xiàn)有的工程經(jīng)驗(yàn)和研究結(jié)果，轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用轉(zhuǎn)換大梁，絎架，空腹絎架，斜撐，箱型結(jié)構(gòu)以及厚板等形式，形成諸如梁托柱，梁托墻等結(jié)構(gòu)形式。

帶轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒應(yīng)全部上，下貫通落地并按剛度要求增加墻厚，框支剪力墻結(jié)構(gòu)要有足夠的剪力墻上，下貫通落地并按剛度比要求增加墻厚，長(zhǎng)矩形平面的框支剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，其落地剪力墻的間距按相關(guān)規(guī)程適當(dāng)加嚴(yán)，比原規(guī)程增加了限制落地柱周?chē)臉前宀粦?yīng)錯(cuò)層的規(guī)定。規(guī)范給出了部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的框支層樓板剪力設(shè)計(jì)值：Vf≤（0.1fc*bf*tf）/γRE

及框支層樓板與落地剪力墻交接截面的受剪承載力，參考如下：Vf≤（fy*As）/γRE

通過(guò)加大轉(zhuǎn)換層以上剪力墻連梁尺寸，增大連梁剛度，使結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移減小，實(shí)際工程中，還應(yīng)重視概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施的保證，另外還應(yīng)重視延性設(shè)計(jì)。

2、轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)中，由于設(shè)置了轉(zhuǎn)換層，沿建筑物高度方向剛度的均勻性受到很大破環(huán)，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)豎向承載力構(gòu)件不連續(xù)和墻、柱截面的突變，導(dǎo)致傳力路線曲折、變形集中和應(yīng)力集中，因此轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震性能較差。

現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，9度設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)采用帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，高位轉(zhuǎn)換對(duì)結(jié)構(gòu)受力十分不利。計(jì)算分析說(shuō)明，在水平地震作用下，傾覆力矩分布曲線在轉(zhuǎn)換層處呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)換層下部是以剪力墻為主的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，落地剪力墻所分配的傾覆力矩由轉(zhuǎn)換層往下遞增較快，而支撐框架的傾覆力矩遞增很少。要正確判定轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，尤其確定薄弱層地震剪力時(shí)，乘以適當(dāng)?shù)脑龃笙禂?shù)，地震剪力調(diào)整等。

此外，轉(zhuǎn)換層處，框支剪力墻的大量剪力通過(guò)樓板傳遞給落地剪力墻，這也是傾覆力矩曲線呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折的原因。當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較高時(shí)，剪力分配和傳力途徑亦發(fā)生急劇的突變，落地剪力墻更容易產(chǎn)生裂縫，框支剪力墻在轉(zhuǎn)換層上部的墻體所受的內(nèi)力很大，易于破環(huán)，轉(zhuǎn)換層下部的支撐框架更易于屈服，從而容易形成幾個(gè)薄弱層。

因此，為保證設(shè)計(jì)的安全性，規(guī)定部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)置在3層以上時(shí)，其框支柱、剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級(jí)宜按高規(guī)規(guī)定提高一級(jí)采用，已經(jīng)為特一級(jí)時(shí)不再提高，提高其抗震構(gòu)造措施，而對(duì)于底部帶轉(zhuǎn)換層的框架-核心筒結(jié)構(gòu)和外圍為密柱框架的筒中筒結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)不必提高。底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑在我國(guó)已大量建造，但至今未經(jīng)受到大地震的考驗(yàn)。轉(zhuǎn)換層上部樓層的部分豎向構(gòu)件不能連續(xù)貫通至下部樓層，因此，轉(zhuǎn)換層時(shí)薄弱樓層，其地震剪力需乘以1.15的增大系數(shù)。規(guī)范給出了框支梁節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋錨固方式，如圖1：

設(shè)計(jì)中不要誤認(rèn)為只要樓層側(cè)向剛度滿足要求，該樓層就不是薄弱層。對(duì)轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用的計(jì)算內(nèi)力需調(diào)整增大，8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，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(dòng)力時(shí)程分析方法計(jì)算，作為近似考慮，也可將轉(zhuǎn)換構(gòu)件在重力荷載標(biāo)準(zhǔn)作用下的內(nèi)力乘以增大系數(shù)1.1.

規(guī)范給出了部分框支剪力墻高層結(jié)構(gòu)在地面以上的大空間層數(shù)，參考下表1：

高規(guī)中對(duì)框支柱的內(nèi)力增大幅度比較高;轉(zhuǎn)換層位置在3層及3層以上的結(jié)構(gòu)對(duì)抗震更為不利，其內(nèi)力增大幅度也適當(dāng)提高。高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)是一種受力復(fù)雜的不利抗震的結(jié)構(gòu)，規(guī)范規(guī)定，抗震設(shè)防烈度9度（0.4g）時(shí)不應(yīng)采用。帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)可根據(jù)設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、構(gòu)件種類(lèi)和房屋高度，采用相應(yīng)抗震等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。

3、正確計(jì)算轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的上下層剛度比

高層建筑結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層的上下樓層的剛度比是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題，考慮不周易造成安全隱患。轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比計(jì)算時(shí)宜綜合考慮各構(gòu)件的剪切、彎曲和軸向變形對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響。當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在3層及3層以上時(shí)，其樓層側(cè)向剛度尚不應(yīng)小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的60%。這一規(guī)定是為了防止出現(xiàn)轉(zhuǎn)換層的下部樓層剛度較大，而轉(zhuǎn)換層本層的側(cè)向剛度較小。此時(shí)應(yīng)分別計(jì)算等效側(cè)向剛度比和轉(zhuǎn)換層本層與轉(zhuǎn)換層相鄰上部樓層側(cè)向剛度比，設(shè)計(jì)中應(yīng)同時(shí)滿足上述兩項(xiàng)條件。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)換層上下層主體結(jié)構(gòu)的剪切剛度比在下列兩種情況下按下述取值：

3.1擴(kuò)大外圍柱距的框筒結(jié)構(gòu)或內(nèi)部抽柱的框架結(jié)構(gòu)

此種情況下剪切剛度比應(yīng)取1，即保證上下層剪切剛度不變。此時(shí)建議轉(zhuǎn)換層以下采用鋼骨混凝土或鋼管混凝土;

3.2底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)

此時(shí)底部剛度顯著減小，控制轉(zhuǎn)換層上下剪切剛度比，當(dāng)?shù)撞繛橐粚訒r(shí)，宜接近1，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于3，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于20

總結(jié)：

轉(zhuǎn)換層是建筑物內(nèi)部不可或缺的重要結(jié)構(gòu)之一，轉(zhuǎn)換層一般指建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型，并通過(guò)該樓層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。高層建筑多為低層商用，上部住宿的多功能要求，在低層商用要求的大空間與上部住宿要求的多墻多柱的小空間之間，往往需要采用一定的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，即加設(shè)轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層常用的結(jié)構(gòu)形式包括梁式、空腹桁架式、斜桿桁架式、箱形和板式。另在房屋設(shè)計(jì)中如上下兩層平面功能不同，亦對(duì)樓板墻體等進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，做轉(zhuǎn)換處理。做好建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)完善建筑物的使用功能，確保建筑物的使用安全有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐興榮.《高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工》[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社

[2]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010

[3]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010

作者簡(jiǎn)介：

張春艷（1983.03--），性別：女，民族：漢，籍貫：內(nèi)蒙古商都人，學(xué)歷：碩士研究生，現(xiàn)有職稱：中級(jí)工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。