关于高层建筑结构转换层结构设计

关于高层建筑结构转换层的结构设计

摘要：如今随着高层建筑迅速发展，建筑朝体型复杂、功能多样的综合性方向发展，因而相应结构形式也复杂多样。为了实现结构布置，就必须在结构转换的搂层设置转换层，以满足建筑在底部布置有较大空间的要求。本文主要结合实际工程，介绍了某高层建筑结构转换层的结构设计，主要从结构方案、结构设计、结构计算、构件配筋等几方面进行了分析。

关键词：高层建筑；转换层；结构设计 1. 工程概况

某大楼，建筑面积为35000m2，底部一、二、三层为商业和娱乐用房;四层为结构转换层，转换层以上为高层住宅塔楼，建筑总层数为三十一层，总高度为98.70m，本建筑位于六度抗震区，建筑场地为ⅱ类，丙类建筑，框支柱和剪力墙底部加强部位的抗震等级为一级，非底部加强部位剪力墙抗震等级为三级，在楼、电梯部位设置上下对齐的落地剪力墙形成核心筒，并在筒体对称位置设置纵横落地剪力墙。 2. 结构方案

根据建筑功能要求，本工程底部商业和娱乐部分要求有较大的柱网，形成大空间；上部为住宅，分隔空间较小。从结构受力角度来看，建筑物沿竖向正常的布置应该是下部楼层的墙、柱多而密，刚度大，上部则逐渐减少墙、柱，减小刚度，这样布置可是结构刚度沿竖向均匀递减，避免刚度突变. 而建筑功能要求常使竖向结构

的布置正好相反，结构设计在方案确定时，底部为框架——剪力墙结构，上部采用剪力墙结构，在第四层楼面位置设置转换层，转换层结构构件大致可采用梁、桁架、空腹桁架、箱形结构、斜撑等，非抗震设计及六度抗震设计时亦可采用厚板。 3. 结构设计

本工程采用钢筋混凝土大梁作为结构转换层，将上部剪力墙结构变为下部三层以柱为主的大空间结构，满足建筑上使用功能的需要，在结构设计时，应着重从以下几个方面着手: ①构件截面的确定

转换大梁(即框支梁) 截面组合的最大剪力设计值应满足公式1的要求，有地震组合时: v =(0.15βcfcbh0)/γre (1)

式中:γre=0.85；βc为混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不大于c50时，取1.0；当混凝土强度等级大于c80时，取0.8；当混凝土强度等级在c50至c80之间时，可按线性内插采用。fc为混凝土轴心抗压强度设计值；b为构件截面宽度；ho为构件截面有效高度。

本工程采用混凝土强度等级c40，fc=19.1n/mm2，采用中国建筑科学院pkpm、setwe 软件进行结构整体计算，确定转换梁(框支梁)的截面尺寸为1000mm×2500mm。 ②框支剪力墙截面的确定

在水平荷载作用下，当转换层上、下部楼层的结构侧向刚度相

差较大时，会导致转换层上、下部结构内力突变，促使部分构件提前破坏。为此，在结构设计时，应严格控制转换层上、下层结构等效刚度比的限值规定，当底部大空间为1层时，转换层上、下结构以剪切变

形为主，可近似用转换层上、下层结构等效剪切刚度比γ表示转换层上下层结构刚度的变化，非抗震设计时γ不应大于3，抗震设计时γ不应大于2；当底部大空间大于1层时，其转换层上、下部结构的等效侧向刚度比γe可按公式2计算，比值宜接近1，非抗震时不应大于2，抗震设计时不应大于1.3。 γe=△1h2 /△2h1 (2)

式中γe为转换层上下结构的等效侧向刚度比；h1为转换层及其下部结构的高度；△1为转换层及其下部结构的顶部在单位水平力作用下的侧向位移；h2为转换层及其上部若干层结构的高度，其值应等于或接近模型a的高度h1，且不大于h1；△2为转换层及其上部若干层结构的顶部在单位水平力作用下的侧向位移。 当转换层设置在3 层及3层以上时，其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%，转换层上下部结构等效侧向刚度计算时，宜综合考虑各构件的剪切、弯曲和轴向变形对结构侧移的影响.同时按一、二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/16，且不小于200mm；其他部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/20，且不小于160mm，根据以上相关要求，并结合建筑平面布置，本工程转换层以下落地

剪力墙厚度采用350mm，转换层以上部分根据墙所在位置的不同分别采用240mm和200mm，在设计中采用setwe软件整体计算得:γe=1.186，能较好的满足转换层上下结构的等效刚度比限值的要求。 ③框支柱截面的确定

本工程根据setwe软件计算，框支柱根据轴压比限值为0.6的要求确定，同时结合框支梁的截面宽度及框支梁计算跨度，最后采用柱截面为1200mm×1200～1400mm不等。 ④转换层楼板厚度确定

转换层楼板是主要传力构件，因此在设计时，对框支层楼板应进行截面尺寸的控制，并应进行抗剪截面验算、楼板平面内受弯承载力验算以及构造配筋要求，本工程转换层楼板厚度取值为200mm；实际配筋为φ12×150双层双向，楼板中钢筋锚固在边梁或墙体内，与转换层相邻楼层的楼板也适当加强，板厚采用150mm。 4. 结构计算

（1）框支剪力墙结构的内力分析分两步:首先采用三维空间方法进行整体结构的内力分析，得到各构件的内力和配筋;然后对转换梁附近楼层进行平面有限元分析，取得详细应力分布，然后决定转换梁和附近墙体内的配筋，平面有限元分析的范围选取底层框架和框支层以上4层的墙，底层框支梁柱的有限单元按300划分，在梁柱全截面高度下划为五等分，上层墙体结合洞口位置均匀划分。 （2）内力分析后，应对楼层剪力作如下调整: 1）底层落地剪力墙承担该层全部剪力；

2）底层框支柱承担20%～30%的底层剪力，框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱的轴力可不调整。

（3）带转换层的高层建筑，转换层的下部楼层由于设置大空间的要求，使得部分竖向抗侧力构件不连续，侧向刚度会产生突变，一般比转换上部楼层的刚度小，设计时应采取措施减少转换层上、下楼层结构侧向刚度及承载力的变化，以保证满足抗风、抗震设计的要求. 底部带转换层结构的薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数。

（4）分析结果说明，框支梁大多数情况下为偏心受拉构件，并承受较大剪力，框支梁上墙体开有边洞时，形成小墙肢，此小墙肢的应力集中尤为突出，而边门洞部位框支梁应力急剧加大， 在水平荷载作用下，上部有边门洞框支梁的弯矩约为上部无边门洞框支梁的弯矩的3倍，剪力也约为3倍，因此在设计时，除小墙肢外，边门洞部位的框支梁的抗剪能力也应加强，箍筋应加密配置，本工程设计时，采用梁端加腋的方式提高抗剪承载力，并加密箍筋。 5. 构件配筋

（1）框支梁大多数为偏心受拉构件，本工程设计框支梁上、下实际纵向配筋率分别为0.92%～1.43%不等，并保证至少大于50%的支座上部纵向钢筋沿梁全长拉通. 箍筋配筋率最小达到1.2%，箍筋直径为φ14。

（2）框支柱在严格控制轴压比的情况下，柱内全部纵向钢筋配

筋率分别为1.82%～2.35%不等，箍筋配筋率最小达到2.1%，箍筋直径为φ16，并采用井字复合箍沿柱高方向全高加密。 6. 结束语

转换层结构较为复杂且工程量又较大，因此设计人员首先应注重概念设计，这样一来可以少走弯路；其次通过上述计算和分析可以得知，此类建筑在平面布置上应尽可能的规则、对称，减少偏心，优化调整转换层上下结构的布置和刚度，使之接近是十分必要的；同时应注意框支梁、框支柱等构件的特殊性；最后也应考虑施工难度大的因素，因此在设计时，尽量考虑施工的可行性，以达到最为合理的设计。 参考文献:

[1]唐兴荣. 高层建筑转换层结构设计与施工[m]．北京：中国建筑工业出版社，2002．

[2]谢晓锋. 高层建筑转换层结构型式的应用现状及问题[j]．广东土木与建筑，2004.