對某帶轉換結構的高層商住樓結構設計分析

摘 要：現代高層建筑逐步向多功能發展，其結構形式也復雜化。為了實現上部為小開間的商住兩用結構，下部為大開間商場或公共娛樂場所的建筑結構形式，必須在上下不同的結構體系轉換的樓層設置轉換層。本文以帶轉換層結構的實際工程為例，對結構轉換層的設計參數、結構計算和設計要點進行了詳細分析，望為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：高層建筑；轉換層結構；計算分析；設計要點

引言

隨著我國經濟快速發展，科學技術水平的不斷提高，使得我國建筑行業得到全面的進步與發展，各類型高層建筑拔地而起，建筑結構也日益復雜化、多樣化。其中，轉換層結構設計是高層建筑結構設計中的重要內容，其設計質量水平的高低在很大程度上決定著整個高層建筑的設計水平。因此，對高層建筑轉換層結構設計的研究，一直以來都是建筑行業非常關注的問題。

一、工程概況

某建筑工程項目由兩棟高層商住樓組成，總建筑面積約為26886㎡。本文主要對該工程中其中一棟商住樓的轉換層結構設計作詳細探討。該棟高層建筑為地下1層，地上25層，建筑總高度為78.2m。主體長28.6m，最大寬度16.4m。地下室一層，為大底盤停車庫，層高5.6m。地上一至三層為裙樓商業，底層層高4.4m，二、三層層高3.9m，四層及四層以上均為商住兩用房，層高均為2.8m。由于不同的使用功能，需要不同的結構布置形式，所以必須在4層采用結構轉換的方法將其過渡為另一種結構形式。經分析，決定采用采用部分框支剪力墻結構體系，四層為框支轉換層。

二、結構設計參數

本工程抗震設防類別為丙類，建筑結構安全等級為二級，抗震設防烈度Ⅶ度，設計基本地震加速度0.15g，設計地震分組第1組，結構的阻尼比為0.05，場地土類別Ⅱ類。地面粗糙度為A類，50年一遇基本風壓為0.8kN/㎡，100年一遇基本風壓為0.95kN/㎡。根據《建筑抗震設計規范》及《高層建筑混凝土結構技術規程》，框支框架抗震等級為一級，剪力墻抗震等級為二級。

三、基礎設計

根據擬建場地的地質報告可知，其土質特性劃分土層依次為：① 雜填土；① 素填土；②粉質粘土；③殘積砂質粘性土；④ 全風化花崗巖；④ 砂礫狀強風化花崗巖；④ 中風化花崗巖；⑤弱風化花崗巖。根據本工程場地地形不復雜且土層分布均勻同時有大底盤地下室的情況，基礎采用靜壓預應力高強混凝土（PHC）管樁基礎，樁型PHC500-125-AB，樁長約20～30m，持力層為④層全風化花崗巖以下，樁進入持力層2m，經計算，單樁承載力特征值為2300kN。承臺厚度1800mm，同時考慮部分框支柱采用型鋼混凝土，結合型鋼混凝土柱腳的埋入深度，局部承臺厚度為3Hs+700mm（其中，Hs為柱內型鋼高度）。

四、結構計算分析

本工程采用SATWE和PMSAP軟件進行結構整體計算分析。地震力按X、Y 兩個方向計算，周期折減系數取0.95，風荷載按X、Y 兩個方向計算，考慮扭轉耦連和剛域，位移計算分析時采用剛性樓板假定。框支轉換層定義為薄弱層，框支層及以下各層應采用0.2Q 剪力調整系數。梁剛度放大系數中梁2.0，邊梁1.5，連梁剛度折減系數0.8，計算取30 個振型。內力組合時，取恒荷分項系數1.2，活荷載分項系數1.4，地震荷載分項系數1.3，風荷載分項系數1.4。墻元細分中殼元最大控制長度1m。并在特殊構件補充定義中定義框支框架抗震等級為一級。基礎頂面至四層混凝土強度等級墻柱為C40，梁板為C30；4～7 層混凝土強度等級墻柱為C35，梁板為C25；七層以上混凝土強度等級墻柱為C30，梁板為C25。

根據SATWE 程序的具體試算結果，在框支柱和框支梁中采用型鋼混凝土。經過重新調整，在周期值、結構位移值及基底剪重比等均在規范要求的范圍，同時滿足框支柱的軸壓比小于0.6 的情況下，框支梁柱尺寸明顯優化。框支柱尺寸斷面為800×800，框支梁尺寸700×1200。在SATWE 整體分析計算滿足規范要求的情況下，另采用PMSAP 程序進行分析復核，結果滿足規范要求，詳見表1、表2。

表1 模型周期計算結果

分析軟件SATWEPMSAP

振型周期（S）振型模式周期（S）振型模式

12.136X向平動系數2.1052X向平動系數

21.762Y向平動系數1.7324Y向平動系數

31.412扭轉系數1.3793扭轉系數

表2 剪重比、最大層位移比計算結果

分析軟件剪重比（%）最大層位移比（%）

X向剪重比Y向剪重比Max-（X）/Ave（X）Max-（Y）/Ave（Y）

SATWE2.542.931.291.40

PMSAP2.422.771.281.34

五、構件轉換層設計要點分析

由于結構上部的水平剪力要通過轉換層傳到下部結構，轉換層樓面在其平面內受力很大，樓板變形顯著，因此要適當加厚轉換層樓板，應采用厚度不小于180mm的現澆板，這樣有利于轉換層在其平面內進行剪力重分配，并加強轉換大梁的側向剛度和抗扭能力，也可使實際情況更符合結構整體計算中樓層平面內剛度無限大的基本假定。而且混凝土強度 ≥C30，并采用雙向雙排鋼筋網，每排鋼筋的最小配筋率0.25%。轉換層樓板不宜有大的開洞，當開洞時應在洞口四周設置次梁暗梁，樓板開洞位置盡可能遠離外側邊。

框支梁的設計方面。因為框支梁的受力很大且受力情況復雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，而且是保證框支剪力墻抗震性能的關鍵部位，起到承上啟下的作用，是一個復雜的受力構件，故設計時應設有較多富余儲備。

對于框支梁集中力作用處，按普通框架梁或主梁一樣設置吊筋是非常難于處理的。由于框支梁上柱或剪力墻沿梁長方向尺度較大，而且柱或短支剪力墻的軸力相當大，如設置吊筋則吊筋在梁底部水平段較長已失去吊筋的作用。且吊筋的數量相當多（如柱集中力設計值6000KN時需設14Φ25），容易與梁底筋形容很密的鋼筋堆，會對混凝土的澆注不利。所以在這種情況下，優先采用密箍是比較合理的。

根據構件彎矩及剪力的計算結果，按照實際受力情況，調整優化框支柱、梁中的型鋼尺寸及型鋼翼緣腹板厚度，框支柱采用BH400×300×10×20型鋼，框支柱中型鋼從框支層一直延伸至基礎，框支梁采用H900×300×10×25型鋼。

中間電梯筒的位置因開洞導致比較薄弱，所以在設計時采取加大周邊板（即菱形范圍內的板）的板厚至160mm。

本工程除采取以上的優化設計措施外，還在結構構造上采取以下措施以提高結構的整體協調變形能力。樓板鋼筋采用雙層雙向配置，并在轉換層上下相鄰各一層均采用120mm厚樓板，板的配筋也均采用雙層雙向配筋。在剪力墻的底部加強區域，均按抗震等級一級要求配筋。

結束語

在城市現代化進程不斷發展的今天，很多城市高層建筑都是商住混合樓。由于不同功能的樓層結構設計有很大差異， 一般都需要通過轉換層來保證建筑結構的受力平衡和結構穩定。了解和分析高層建筑轉換層結構設計，對建筑行業的發展有著積極的作用。因此，在實際的建筑結構設計中，必須要結合實際工程情況和當地的抗震等級進行合理設計， 以確保高層建筑在滿足基本的建筑設計要求和抗震性能的前提下， 實現最佳的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]GB50011-2010，建筑抗震設計規范[S].

[2]傅學怡.實用高層建筑結構設計[M].中國建筑工業出版社，2010.

[3]方武國.淺談帶轉換層的復雜小高層結構設計方式[J].科技促進發展（應用版），2010（02）.