高層建筑中轉換層結構設計的應用

劉建明

（廣州市番禺城市建筑設計院有限公司，廣州 番禺 511400）

1 轉換層結構的形式及應用

1.1 形式

（1）實腹梁轉換層

實腹梁轉換層采用剪力墻和框支梁同框支柱結合的形式，廣泛的應用于底層是商場、飯店，上部為住宅、公寓的高層建筑。實腹梁與上層剪力墻共擔豎向及水平負荷。當然，實腹梁也有不足的地方，由于下部空間較大，使得轉換梁的跨度極大，這需要大梁有很強的抗彎、抗剪能力。為了增強這種能力，只能通過增大轉換梁的橫截面來實現，重量增大之后，容易形成上下剛度突變，對于抗震十分不利。

（2）桁架式轉換層

在荷載的作用下，桁架承受軸向拉力或壓力，從而使材料的強度得到充分利用，增大剛度，減輕自重，較大跨度的承重結構和高聳結構比較實用，但是在使用過程中需要充分考慮桁架的用途、材料和支撐方式。上部是住宅，下部是商場，一般設置有管道設備層的情況下，這時候可采用桁架式，根據上下柱網跟軸線的位置在設備層的空間設置桁架，將上部的柱墻荷載通過桁架傳到下部，從而設備管道又可以在桁架內穿行，但是需要注意，在建筑中，一般要求有3m以上的桁架轉換層，并要求上部集中載荷的中心與上弦節點對齊。

（3） 板式轉換層

板式轉換層可以靈活布置下層柱網，不用對齊上層結構，但是這種轉換層體系的自重很大，比較耗費材料，因為板式的厚度高根據實際情況來選中，有時候厚度為 3m，抗震的效果不明顯，因為板式自重大，在地震作用下，引起的水平地震作用會使下部樓層的層間側移變大，上下部因層間側移使剛度變小，加劇上下部塑性變形。所以在震區的高層，慎用板式樓蓋。

（4） 箱式轉換層

將轉換層兩層樓板加厚后與實腹梁結成一體就是箱形轉換。箱形轉換層的面內剛度大，重量介于實腹梁與厚板轉換之間。這種結構形式能承受上下柱網變動較大的情形，建筑布局十分靈活。但是缺點是上下剛度突變大，高位轉換不易，施工困難，造價很高。

1.2 應用要點

（1）強化轉換層結構的布置

在轉換層結構布置中需要注意以下問題：①確保上層建筑結構的穩定性，可以采用轉換大梁、桁架、空腹桁架、斜撐、箱形結構等來保持穩定性；②內筒貫通落地，并在底部增加墻的厚度，確保筒體結構的整體性。建筑的落地剪力墻同樣需要在底部增大墻體厚度，并保證其間距，避免出現樓板錯層現象；③框支剪力墻轉換層上層墻體不能安置邊門洞，中柱上方也盡量不要安置門洞，防止轉換部位破壞。如要安置門洞的話可在墻體中部安置門洞，保障受力均勻；④轉換層結構上部的墻、柱應直接落在主要轉換構件上。

（2）強化轉換柱的布置

轉換柱是轉換層結構的重要構件，由于其剛度和延性均不如剪力墻，因而在轉換結構中需控制其數量。通常框支框架所承擔的地震傾覆力矩應小于總傾覆力矩的50%。

（3）強化落地剪力墻的布置

必須保證落地剪力墻的數量，其承受的地震傾覆力矩不能小于總地震傾覆力矩的50%，同時嚴格控制落地剪力墻的洞口的設置，一般設于墻體中部。落地剪力墻的間距也需要注意，在非抗震時，一般小于36m和3B；抗震設計時，如果建筑底部框支層為1層或2層時，間距需控制在24m和2B以下，如果建筑底部框支層是3層或是3層以上的話，間距不應大于20m和1.5B（B是落地剪力墻之間樓蓋的平均寬度）。

2 應用轉換層結構時的設計要點

2.1 轉換層結構的抗震設計

在水平地震作用時，一般傾覆力矩的分布曲線在轉換層結構處出現轉折，因此轉換層的內力較大，需要全面考慮地震作用的影響。可以通過振型分解反應譜法或者是時程分析法來計算地震作用。轉換層結構的計算內力應乘以放大系數，以確保其安全。高位轉換對抗震性能十分不利，應避免在3層或是3層以上進行轉換，否則應提高結構的抗震等級。

2.2 保證轉換層剛度

轉換層結構部位會使建筑產生突變，導致成為整個建筑的最薄弱的部位，降低建筑抗震性。設計者在轉換層設計時，應該保證其剛度不低于上部結構剛度的70%。因此需要對轉換層內部剪力墻合理安排，適當增大厚度，使用高強度混凝土。還應該按照筒體結構布置縱橫墻，嚴格保障轉換層剛度。

3 高層建筑中轉換層結構的應用趨勢

3.1 強化對鋼骨混凝土轉換層的應用

鋼骨混凝土轉換層的承載力比較高，剛度好，能夠極大程度地減小截面的尺寸，加之塑性、抗震性比較優越，定位準確，能夠加快工程進度，但是現在在國內運用鋼骨混凝土轉換層的還不是多，但是國外現在已經開始廣泛的運用。

3.2 加強對預應力混凝土轉化層的應用

預應力混凝土轉換層能夠為轉換層結構和施工帶來優勢，因為它的承重荷載力跨度比較大，而且其自身重量輕，能夠節省建筑材料和施工的費用，隨著預應力技術的發展，能夠一定程度上降低工程的成本，相對于鋼筋混凝土結構來說比較經濟。

3.3 重視對轉換梁受力性能的改善

對轉換梁的受力性能進行改善，主要可以借助以下幾種方式：一是可以發揮斜向支撐的作用，可在轉換梁的上部框架中設置一定數量的斜桿，分去梁所承托的荷載承載力；二是多道轉換豎向的傳力，設置多道轉換梁，分擔承托上部的荷載承載力，降低單根轉換梁的荷載；三是運用轉換梁加腋，抗剪承載力往往決定了轉換梁的截面尺寸，準用轉換梁加腋可以增強支座區段的抗剪承載力，減小轉換層的截面尺寸，進而降低轉換梁的承受荷載，但是相應也會增加上部墻體的承受荷載。