轉換層結構在新舊不同規范下內力和位移的比較

馬 勇

(大同市二院建筑設計研究有限責任公司，山西 大同 037008)

0 引言

隨著房地產的快速發展，為了迎合市場需求，高層建筑不斷向多功能和用途發展，常見的一種結構形式為下部若干層為商業，上部為居民住宅樓，因此結構必須設置轉換層來滿足建筑的需要。但該結構受力相對比較復雜，應該合理謹慎應用。轉換層所在樓層越低越好、轉換層的層數越少越好。力求滿足安全的前提下，同時也能保證建筑功能的使用。該結構體系二十世紀六七十年代在日本發展比較快，而在國內是20世紀90年代開始，建設的數量迅速增加。最早1996年深圳建設成的地王大廈，后續在北京、上海、廣州、沈陽、大連、杭州開始新建。到目前為止，該結構體系已經發展成熟，在各個城市進行高層設計時作為主要考慮的一種結構形式。

本工程位于北方某城市，一棟地上16層建筑(地下1層)，地上1層為商場，2層～16層為住宅樓，建筑總面積為15 436 m2，結構高度為49.6 m。采用部分框支剪力墻轉換結構形式，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g，場地類別為2類，地震分組第一組。地基土層從上而下依次為粉質粘土、粘土、碎石土，初步定為持力層碎石土。由于持力層的承載力強度達到410 kPa,初步采用樁基礎或筏板基礎形式，通過計算分析比較其經濟效果，最后選定為粉煤灰碎石樁基礎。不論新舊規范，底部加強區剪力墻抗震等級二級，轉換柱抗震等級二級；當地基本風壓為 0.55 kN/m2，100年風壓為0.65 kN/m2。剪力墻的混凝土標號從下到上依次為C45，C40，C35，C30，C25；框支梁混凝土標號為C40，其他樓層框架梁混凝土從下到上依次為C35，C30，C25；樓層樓板的混凝土標號與梁的標號相同，滿足施工的方便。轉換層樓板較其他層加厚，最小板厚采用130 mm，受力鋼筋雙層雙向；不僅滿足最小配筋率，同時要滿足轉換層對于樓板的配筋率要求，這樣有利于控制結構的耐久性，同時也可以改善轉換層的剛度。

1 轉換層的介紹

結構轉換層，籠統的講是指上下層建筑功能發生改變、承重構件種類和數量發生變化。目前轉換層的結構形式種類主要有梁式、桁架式、空腹桁架式、板式轉換層，本工程通過綜合對比，最終采用梁式轉換層結構層。

2 轉換層在建筑結構設計中應注意的要點

在轉換層設計過程中應盡量減少結構轉換的豎向構件,建筑側向剛度應緩慢減小，避免側向剛度減小太快,形成側向剛度不規則,對建筑物抗震性能不利;轉換層的位置在滿足建筑功能的條件下，越低越好，避免形成樓層側向剛度不規則或樓層受剪承載力突變的薄弱層，這樣就在一定程度上可以保證結構的安全性和經濟性。轉換層結構應具備受力平衡性效果，要求橫向落地剪力墻的數目不小于橫向墻的45%～55%；盡量要求落地剪力墻對稱布置，落地剪力墻的間距應在邊緣適當較中部減小，比保證結構在短向方面的抗扭效果加強。

3 PKPM2010版本軟件的改進

2010版PKPM局部修改的規范:GB 50011—2010建筑抗震設計規范、GB 50010—2010混凝土結構設計規范、JGJ 3—2010高層建筑混凝土結構技術規程。PMCAD改進的主要內容：修改計算混凝士保護層厚度方法，增加“考慮結構使用年限的活荷載調整系數”，增加強度為500 MPa的熱軋帶肋鋼筋，用HPB300鋼筋替代HPB235，新增“抗震構造措施的抗震等級”下拉列表， SATWE改進的主要內容(部分)：在計算地震作用時,提出了規定水平力下的概念，增加“嵌固端所在層號”參數，增加“承載力設計時風荷載效應放大系數” 參數, SATWE增加了關于風荷載的兩個風壓值,一個用于計算風荷載,一個用于舒適度驗算。增加“中震(或大震)設計”參數，梁剛度放大系數可由軟件自動計算，SATWE前處理增加了“X，Y方向相對偶然偏心”參數，10版將“框支梁”改為“轉換梁”,將“框支柱”改為“轉換柱”。

4 內力和位移比較

PKPM2010版本《高層建筑混凝土結構技術規程2010》和《建筑抗震設計規范2010》計算的(簡稱新規范)；PKPM2008版本基于《高層建筑混凝土結構技術規程2002》和《建筑抗震設計規范2008》(簡稱舊規范)。本工程是在2009年完成的，采用的是舊規范計算的。因為新舊規范對于一些結構參數有較大修改，由此會對結構內力和位移會引起一些變化。建筑結構的內力和位移是重要指標，它不僅決定于該結構是否合理，也決定于其是否經濟可行。 因此，比較內力和位移至關重要，但是構件數量較多，不可能都一一作比較，下面就針對一些主要構件做一比較，得出它們在新舊不同規范下有何差異。

位移角、位移比、內力比較見表1。

位移角主要用來結構整體剛度的大小，初步確定結構的經濟效果。位移角一般在框架結構中控制在1/600～1/650、部分框支剪力墻一般控制在1/1 100～1/1 300、純剪力墻結構一般控制在1/1 050～1/1 200之間。當然不同的工程在不同的地震作用下，該數值也會發生改變。位移比用來控制結構平面扭轉規則的大小，避免結構產生過大扭轉而導致整體在地震作用下抗震能力減弱。工程結構在地震作用下產生平動和扭轉，一般平動效果不會導致結構發生破壞(結構整體剛度滿足基本的條件下)，大多數結構在地震作用下，發生的破壞都是由于扭轉導致的，而且扭轉破壞的危害很大，到目前為止，關于扭轉如何準確結算仍無法解答，僅能通過抗震措施和抗震構造措施進行加強和預防。工程上一般對于高層建筑，位移比不宜大于1.3。

表1 轉換梁的內力比較

轉換層屬于薄弱層，薄弱層地震剪力增大系數由1.15(舊規范)調整為1.25(新規范)；二級轉換構件的水平地震作用計算內力應分別乘以增大系數1.25(舊規范)調整為1.3(新規范)；二級轉換構件柱與轉換構件相連的柱上端、底層柱下端截面的彎矩組合設計值應分別乘以1.25(舊規范)調整為1.3(新規范)。由于規范變化前后，內力增大系數有所調整，造成轉換梁內力發生了較大的變化；另外，內力增大系數，尤其是剪力內力系數的增大，從而引起層間位移和層位移都會發生改變。本工程轉換梁的內力(彎矩、剪力)以及轉換柱和底部墻(彎矩、剪力)都有變化，而且變化的幅度還較大。規范修正后，結構產生的作用效應變大，相應的結構抗力也會增大，結構將來會更加安全，即提高了結構的安全儲備。

5 結語

1)對于復雜結構尤其注意薄弱層的剛度和強度，使其受力盡量合理，加強抗震構造措施和抗震措施，增加安全儲備。

2)新舊規范對于薄弱層內力調整系數變化，主要是在大量的工程經驗的參考下，進行的局部加強修訂，為了提高結構的安全性。

3)部分框支剪力墻結構應該適當增加落地剪力墻數量和墻體厚度、混凝土標號，以增強底部若干層的剛度，避免形成轉換層上、下層剛度比過大，對結構產生不利的影響。

參考文獻：

[1] GB 50011—2008,建筑抗震設計規范[S].

[2] JGJ 3—2002，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[3] GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

[4] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[5] 盧長來.帶轉換層高層建筑結構設計分析[J].建筑知識(學術刊)，2014 (6):112.