摘 要：本文作者從轉換層的布置、抗震設計、轉換層上下結構剛度比三個方面探討了高層建筑轉換層結構設計，提出了相關的注意事項，供大家參考借鑒。

　　關鍵詞：高層建筑,轉換層,結構設計,初探

　　近年來,隨著我國經濟的持續快速發展,人們對高層建筑的功能要求趨向于多樣化、綜合化和全面化。為較為最常見的形式以上部為小開間的民用住宅,下部為大開間的商場或公共娛樂場所。從建筑功能上看,高層建筑上部需要較多的墻體來分隔空間以滿足住宅戶型的需要;而下部則希望有較大的自由靈活空間,大柱網、少墻體,以滿足公共使用要求。然而,按照這樣的建筑形式進行結構布置時,上部墻體多而密,下部柱網少而稀,即剛度上大下小。這與常規的結構豎向布置的原則正好是相反的。為了滿足建筑要求就必須在上下不同結構體系轉換的樓層設置轉換層。于是,帶轉換層的建筑結構孕育而生,并在近年來得到較為廣泛的應用。

　　轉換層結構已成為現代高層建筑結構的發展趨勢之一，轉換層設計也是結構設計中的難點。隨著現代高層建筑平面復雜多樣化，在對轉換層進行設計時應結合工程實際情況選擇合適的方法，才能達到安全、經濟的綜合效果。

　　1 轉換層的結構布置

　　底部帶轉換層的建筑結構，轉換層上部的部分豎向構件不能直接連續貫通落地，因此，必須設置安全可靠的轉換構件。按現有的工程經驗和研究結果，轉換構件可采用轉換大梁、析架、空腹析架、斜撐、箱形結構以及厚板等形式。由于轉換厚板在地震區使用經驗較少，可在非地震區和6 度抗震設計時采用，對于大空間地下室，因周圍有約束作用，地震反應小于地面以上的框支結構，故7 度，8 度抗震設計時的地下室可采用厚板轉換層。落地剪力墻和框支柱的布置對于防止轉換層下部結構在地震中倒塌起到十分重要的作用。帶轉換層的筒體結構的內筒應全部上、下貫通落地并按剛度要求增加墻厚;框支剪力墻結構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;長矩形平面的框支剪力墻結構，抗震設計時，其落地剪力墻的間距按原規程適當加嚴，比原規程增加了限制落地柱周圍的樓板不應錯層的規定。這幾點的原則是防止轉換層下部結構破壞的基本要求，特別是對于抗震設計的結構，要求更加嚴格。遵守這些原則就可控制剛度突變，減少內力傳遞的突變程度，縮短轉換層上、下結構內力傳遞途徑，保證轉換層樓蓋有足夠的剛度以傳遞不同抗側力結構之間的剪力，防止框支柱因樓蓋錯層發生破壞。框支剪力墻轉換梁上一層墻體內不宜設邊門洞、中柱上方不宜設門洞。試驗研究和計算分析說明，這些門洞使框支梁的剪力大幅度增加，邊門洞小墻肢應力集中，很容易破壞。此外，落地剪力墻和筒體的洞口宜在墻體的中部，以便使落地剪力墻各墻肢受力(剪力、彎矩、軸力)比較均勻。

　　2 轉換層高層建筑結構的抗震設計

　　抗震設計時，高位轉換對結構受力十分不利。計算分析說明，在水平地震作用下，傾覆力矩分布曲線在轉換層處呈現轉折，轉換層下部是以剪力墻為主的框架—剪力墻結構，落地剪力墻所分配的傾覆力矩由轉換層往下遞增較快，而支撐框架的傾覆力矩遞增很少。另外，轉換層處，框支剪力墻的大量剪力通過樓板傳遞給落地剪力墻，這也是傾覆力矩曲線呈現轉折的原因。當轉換層位置較高時，剪力分配和傳力途徑亦發生急劇的突變，落地剪力墻更容易產生裂縫，框支剪力墻在轉換層上部的墻體所受內力很大，易于破壞，轉換層下部的支承框架更易于屈服，從而容易形成幾個薄弱層。因此，為保證設計的安全性，規定部分框支剪力墻結構轉換層的位置設置在3層以上時，其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級應提高一級采用，已經為特一級時不再提高，提高其抗震構造措施，而對于底部帶轉換層的框架—核心筒結構和外圍為密柱框架的筒中筒結構的抗震等級不必提高。

　　底部帶轉換層的高層建筑在我國已大量建造，但至今未經受到大地震的考驗。其轉換層上部樓層的部分豎向構件不能連續貫通至下部樓層，因此，轉換層是薄弱樓層，其地震剪力需乘以1.15 的增大系數。設計中不要誤認為只要樓層側向剛度滿足要求，該樓層就不是薄弱層。對轉換層的轉換構件水平地震作用的計算內力需調整增大;8度抗震設計時，還應考慮豎向地震作用的影響。轉換構件的豎向地震作用，可采用反應譜方法或動力時程分析方法計算：作為近似考慮，也可將轉換構件在重力荷載標準作用下的內力乘以增大系數1.1。框支柱的內力增大幅度比較高;轉換層位置在3 層及 3 層以上的結構對抗震更為不利，其內力增大幅度也適當提高。高層建筑轉換層結構是一種受力復雜的不利抗震的高層建筑結構，抗震設防烈度9度(0.4g) 時不應采用。帶轉換層高層建筑結構的抗震設計可根據設防烈度、結構類型、構件種類和房屋高度，采用相應抗震等級進行相應的計算和采取相應的構造措施。

　　3 正確計算轉換結構的上下層剛度比

　　高層建筑結構的轉換層的上下樓層的剛度比是結構設計中的一個重要問題，如考慮不用易造成安全隱患。轉換層上部與下部結構的等效側向剛度比計算時宜綜合考慮各構件的剪切、彎曲和軸向變形對結構側移的影響。當轉換層設置在3層及3層以上時，其樓層側向剛度尚不應小于相鄰上部樓層側向剛度的60%。這一規定是為了防止出現轉換層的下部樓層剛度較大，而轉換層本層的側向剛度較小，此時等效側向剛度比雖能滿足限值要求，但轉換層本層的側向剛度過于柔軟。對于位于3 層及 3 層以上的帶轉換層的高層建筑結構，規定 60%作為下限值是十分必要的。當轉換層設置在3層及3層以上時，應按高規規定分別計算等效側向剛度比和轉換層本層與轉換層相鄰上部樓層側向剛度比，設計中應同時滿足這兩種剛度比的限制條件。高層建筑轉換層結構設計中轉換層上、下層主體結構的剪切剛度比γ的合理取值：

　　3.1 擴大外圍柱距的框筒結構或內部抽柱的框架結構

　　對這種情況的結構γ應取1，即保持上、下層剪切剛度不變。在一般情況下，由于建筑功能上要求下部柱子截面小，層高要比上層高許多，因此很難滿足上述要求。此時建議轉換層以下采用鋼骨混凝土柱或鋼管混凝土柱，這樣來調整柱的截面面積、剛度和延性，從而達到滿足建筑功能的要求。但這時應特別注意轉換層上、下的連接，當轉換層上部為鋼筋混凝土時，應將下部鋼骨混凝土柱錨入轉換層內。

　　3.2 底部大空間剪力墻結構

　　由于底部大空間剪力墻結構的底層高大以及部分剪力墻不落地改為框支后，底部剛度顯著減小，為防止底部層剛度突變，應控制轉換層上、下剪切剛度比(γ)：當底部大空間為1層時，轉換層上、下結構等效剪切剛度比γ宜接近1，非抗震設計時γ不應大于3，抗震設計時γ不應大于20。

　　4 結束語

　　現代高層建筑向多功能和綜合用途發展，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、餐館和文化娛樂設施。不同用途的樓層，需要大小不同的開間，采用不同的結構形式。建筑要求上部小開間的軸線布置、較多的墻體，中部辦公用房要小的和中等大小的室內空間，下部公用部分，則希望有盡可能大的自由靈活空間，柱網要大，墻盡量少。這種要求與結構的合理、自然布置正好相反，因為結構下部樓層受力很大，即正常應當下部剛度大、墻多、柱網密，到上部逐漸減少。為了滿足建筑功能的要求，結構必須以與常規方式相反進行布置，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，必須在結構轉換的樓層設置轉換層，稱結構轉換層。本文結合作者多年的實踐經驗，從轉換層的布置、抗震設計、轉換層上下結構剛度比三個方面探討了高層建筑轉換層結構設計并提出了一些注意事項，以期保證轉換層結構設計的合理性。

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