高层建筑转换层结构设计原则及要点探究
摘要：文章通过笔者的工作经验和总结，介绍了高层建筑结构转换层的特点及设计原则，并结合某工程实例，针对高层建筑转换层结构设计中的相关要点进行了分析与研究，主要从建筑转换层抗震等级的确定、上部与下部结构的调整、结构计算和结构构件设计等要点进行论述，旨在为类似的工程提供参考。

关键词：高层建筑；转换层；结构设计；原则
中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a 文章编号：
一、高层建筑结构转换层的特点
随着高层建筑数量的增多，建筑朝体型复杂、功能多样的综合性方向发展，因而相应的结构形式也复杂多样。

后来陆续开始在高层住宅底层设置生活福利设施，并且开始大量兴建集吃、住、办公、购物、停车等为一体的多功能综合性高层建筑，尤其是在城市主干道两侧，并已成为现代高层建筑的一大趋势。

高层建筑结构转换层具有以下几方面的特点：
（1）转换结构构件需要承受其上部结构所传下来的巨大竖向荷载或悬挂下部结构的多层荷载，使得转换结构构件的内力很大，竖向荷载成了控制转换结构构件设计的主要因素。

（2）转换结构构件通常具有数倍于上部结构的跨度，转换结构构件的竖向挠度成为严格控制的目标。

因此为保证转换结构有足够的强度和刚度，致使结构构件的截面尺寸不可避免地高而大。

（3）结构中由于设置了转换层，沿建筑物高度方向刚度的均匀
性会受到很大的破坏，力的传递途径有大的改变，为竖向不规则结构，这决定了转换层结构不能以通常结构来进行分析和设计。

竖向不规则结构的定义见抗规第3.4.2条规定，竖向不规则的类型见表1。

表1竖向不规则的类型
二、高层建筑结构转换层设计原则
高层建筑结构转换层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，对结构抗震不利，故采用转换层结构设计时应遵循以下原则：1）尽可能减少需结构转换的竖向构件。

直接落地的竖向构件越多，转换结构越少，转换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震更有利；2）转换层结构在高层建筑竖向的位置宜低不宜高；3）优化转换层结构，选择具有明确传力路径的换层结构型式，以便于结构分析设计和保证施工量；4）在满足建筑物安全和经济要求的前提下，转换刚度宜小不宜大。

三、建筑结构转换层设计实例分析
某高层住宅工程，采用框支剪力墙结构，总建筑面积为215300.18㎡，住宅首层架空，转换层以上为25层、27层、28层住宅。

有两层人防地下室，总建筑面积：1210.9㎡，建筑类别为一类，抗震设防烈度为7度。

3.1确定抗震等级
本工程转换层以下为框架—剪力墙结构，转换层以上为纯剪力墙
结构，是多层结构高层建筑，从而不能以单纯的框架结构或者剪力墙结构形式来确定抗震等级，而应该严格按照现行规范的不同章节，分别针对性地确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级。

该工程属“框支剪力墙”结构，地上高度79.8m，转换层设在三层楼面(属高位转换)，其框支框架抗震等级为一级，加强部位剪力墙抗震等级为一级，非底部加强部位剪力墙抗震等级为二级。

3.2调整上部与下部结构
建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变，然而带转换层的结构显然有悖于此,因此《高规》对转换层结构的侧向刚度作了专门规定。

对该工程而言，属于高位转换，转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1，不应大于1.3。

在设计过程中，应把握的原则归纳起来就是要强化下部，弱化上部，尽量避免出现薄弱层。

可采用以下几点方法进行调整：
（1）应与建筑工程师协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可以在底部增设部分剪力墙(不伸上去)。

这是增大底部刚度最有效的方法。

除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还通过与建筑专业协商，让两侧各有一片剪力墙落地，并且北部还有一大片l 型剪力墙也落地。

这些措施大大增强了底部刚度。

（2）底部剪力墙厚度应加大，而减小上部剪力墙厚度，转换层以下剪力墙厚度取为300~500mm,上部厚度取为200mm。

（3）底部剪力墙应不开洞，以造成刚度削弱太多。

（4）采用c55混凝土，以提高墙混凝土强度等级。

3.3结构计算与分析
本工程主要运用中国建筑科学研究院pkpmcad工程部编制的《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》satwe进行分析计算。

计算结果如表1所示。

表1：住宅楼(24层)前五个结构计算周期
x方向的地震作用最小剪力系数为1.77%，y方向的地震作用最小剪力系数为1.91%。

最大层间位移见2表：
表2：住宅楼(24层)最大层间位移
转换层位于三层，转换层上下刚度比为：x方向:0.9839，y方向:1.1982
结论：2栋1座楼周期、位移均正常。

3.4 结构构件设计
3.4.1框支柱设计
框支柱截面尺寸主要由轴压比控制并满足剪压比要求。

为保证框支柱具有足够延性，对其轴压比应严格控制。

（1）该工程框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于0.6，对于部分因截面尺寸较大而形成的短柱，不得大于0.5。

柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。

箍筋不得小于φ10@100，全长加密，且配箍率不得小于1.5%。

（2）在工程中，个别框支柱还兼作剪力墙端柱，所以还应满足
约束边缘构件配箍特征值不小于0.2的要求，折算成配箍率(c55混凝土)即为1.82%。

框支柱为非常重要的构件，为增大安全性，对柱端剪力及柱端弯矩均要乘以相应的增大系数，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%。

因为程序计算时，一般假定楼板刚度无限大，水平剪力按竖向构件的刚度分配，底部剪力墙刚度远大于框支柱，使得框支柱分配的剪力非常小。

然而考虑到实际工程中楼板的变形以及剪力墙出现裂缝后刚度的下降，框支柱剪力会增加，因而对框支柱的剪力增大作了单独规定。

（3）为了加强转换层上下连接，框支柱其上部有墙体范围内的纵筋应伸入上部墙体内一层；其余在墙体范围外的纵筋则水平锚入转换层梁板内，满足锚固要求。

抗震设计时，规范规定了剪力墙底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围，其目的是在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体纵横向钢筋等抗震加强措施，避免脆性的剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。

3.4.2框支梁设计
框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于其墙上厚度的2倍，且不小于400mm；高度不小于计算跨度的1/6。

（1）本工程框支梁宽度为500~1000mm。

框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储备。

（2）一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于0.5%。

框支梁
一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，因此应配置足够数量的腰筋，腰筋采用φ18，沿梁高间距不大于200mm，并且应可靠锚入支座内。

框支梁受剪力很大，而且对于这样的抗震重要部位，更应强调“强剪弱弯”原则，在纵筋已有一定富余的情况下，箍筋更应加强，譬如某根700宽框支梁箍筋采用φ16@100六肢箍全长加密，配箍率达到1.18%。

四、结束语
综上所述，在进行实际工程设计时，应从建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等多方面入手进行结构的选型和柱网布置，使之更加适合建筑要求。

参考文献
[1]李中军，徐茂江，李龙.预应力混凝土转换层结构设计[j].建筑结构学报，2008.
[2]覃文胜.高层建筑梁式转换层结构设计探讨[j].中国高新技术企业，2010.。