某高层建筑转换层结构设计的探讨

1、某高层建筑转换层结构设计的探讨    摘要：本文结合工程实例对某高层的结构设计方案进行了简要阐述，并对该工程方案的计算模型、转换层的设计、构造及其内力分析进行了详细探讨，以供同行人员参考。 关键词：高层建筑；转换层；结构设计；实例分析 中图分类号：TU208.3文献标识码：A 文章编号： 1工程概况 长沙市某商住大楼共30层，地下2层为停车库及设备房，地上28层，分A、B两栋塔楼，塔楼均为住宅，主楼主体高88m。由于建筑功能的要求，本工程结构采用底部大空间转换剪力墙结构，转换层在第5层顶面，属高位转换结构，地震设防烈度为度，设计基本地震加速度值为010g

2、，拟建场地为类场地土。结构抗震等级：转换层下剪力墙一级，框支柱特一级，基础采用桩筏。为了满足建筑功能，结构必须处理好以下三个问题： (1)转换层转换结构方式的选择； (2)转换层楼层结构计算层高的确定； (3)二级转换梁的处理。 2转换结构的选型 各种形式转换层的优缺点见下表：由于带转换层的高层建筑结构有其自身的结构弱点，因此(GB50011-2001)健筑抗震设计规范和(JGJ3-2002)钢筋混凝土高层建筑结构设计规程都对其做了严格的规定，特别是对高位转换的结构做了更为严格的规定，由于总体结构竖向传力构件的不连续，造成结构上荷载不能传递给下部对应的结构构件，而是通过转换结构的内力重分配，再

3、向下传递给下部结构的竖向构件，因此转换构件相当重要而且受力非常复杂，保证转换结构正常、可靠、有效地工作是结构设计的重点。结合本工程建筑方案的要求，经多方案比较，本工程采用梁式转换(因梁式转换的设计较其他转换而言受力明确，传力简洁，计算模型简单容易符合实际情况)，增加转换层厚度并双层双向配筋，以符合刚性楼板的假定。 转换层 优点 缺点 梁式转换 设计和施工均为简单，传力较为明确 当上下轴线错位布置时，需增设较多的转换次梁，空间受力较为复杂。 箱式转换层 转换梁的约束强、刚度大，整体工作效果好，上下部传力均较均匀，并且建筑功能上还可将其作为“设备层”。 转换梁梁中开设备洞较多，施工复杂，且较价较高

4、。 厚板式转换层 下部柱网受上部结构布局影响较小，可灵活布置，厚板刚度很大，形成一个承台，整体性较好，而且施工也较为便捷。 厚板自重很大，地震作用也大，容易产生震害。并且材料耗用多，经济性也较差。 桁架式转换层 框支柱柱顶弯距和剪力比其他几种转换型式相对较小。 施工复杂程度较高，且对于轴线错位布置时难度较大。 3结构计算与数据分析 31结构计算单元的确定 由于本工程主体分为A、B两栋塔楼，塔楼之间为商业用房，但与主楼之间设置了伸缩缝，因地下室墙体较多，地下室顶板(200mm)厚度较厚，整体刚度大。故将上部结构的计算嵌固点设在±0000处，计算分成两个单塔模型。 32整体结构计算数据分

5、析 由于本工程A、B两塔对称，仅对A塔进行计算(计算未考虑中间地下室相连)。计算时取27个振型，均考虑平动和耦连两种情况，A、B两塔涉及的内容基本一致，仅分析A塔的计算数据。由SATWE软件计算结果可得，结构基本周T1在(00650075)N(N为层数)之间，属合理范围，说明结构总刚度合适；剪重比在2%左右符合抗震规范525条要求，转换层上下刚度比小于13，符合高规要求，转换层过渡平稳，结构竖向布置及刚度变化相对合理，框支柱轴压比控制在055以内，角柱轴压比控制在050以内。第一扭转周期与第一平动周期比小于09，振型参与质量达到总质量的98%。 33动力时程分析 根据场地地质情况，地震所提供了

6、6条可能出现的地震波，对其中较符合实际情况的两条和一组人工模拟地震波进行动力时程分析，弹性时程分析计算结果与振型分解反应谱法结果基本一致，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%。 4转换层的构造设计 41加强转换结构的整体性和刚度 加强转换层及上下层楼板的厚度及配筋，转换层楼板厚度h=250mm，上下两层均取h=200mm。框支梁是转换层结构中最重要的受力构件之一，通过它将上部墙体的荷载传递给下部框之柱，其受力相当复杂。在本工程中存在“Z”型墙，要考虑上部墙体竖向力对

7、框支梁产生的扭矩。 (1)将两片错开的墙体假定为在同一平面内进行平面有限元分析其内力，图形类似于大开口框支剪力墙； (2)根据整体计算结果中上部墙体的竖向力手算框支梁的抗扭钢筋； (3)将有限元计算结果与手算抗扭配筋叠加，由于梁宽比较大(这是由上部墙体的位置决定的)，计算抗扭钢筋为构造要求。其他转换梁上墙体进行有限元分析，其正截面配筋结果小于整体结构分析结果，在实际工程中偏安全地采用了整体结构，计算的结构进行转换大梁的截面和配筋设计。 转换层中柱的延性极为重要，为了提高柱的延性，采取了控制轴压比、配箍率、纵向配筋率以及混凝土强度等级等措施。转换梁柱配筋较多，特别是节点处配筋相交情况更为复杂，实

8、际钢筋很难准确到位，在设计中尽量选用了大直径、高强度钢筋，以减少钢筋根数，配筋应有足够的余量。同时转换梁板在施工中需考虑支撑方案。支撑层所受的梁板荷载，施工荷载等应在设计中考虑，所以转换层以下梁板截面，配筋均应适当加强。 42构造要求 421框支柱 框支柱截面尺寸主要由轴压比控制并应满足剪压比要求。为保证框支柱具有足够延性，对其轴压比应严格控制。工程框支柱抗震等级为特一级，轴压比不得大于06，对部分因截面尺寸较大而形成的“短柱”，不得大于055。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的大得多。箍筋不得小于 l0100，全长加密，且配箍率不得小于15%。住工程中，个别框

9、支柱还兼做剪力墙端柱，所以还应满足约束边缘构件配箍特征值不小于02的要求，折算成配箍率(C50混凝土)即为264%。框支柱为非常重要的构件，为增大安全性，对柱端剪力及梓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%。 422框支粱 框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于上墙厚的2倍，且不小于400mm；高度不小于计算跨度的16。工程框支梁梁宽统一定为800mm。框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层简载的传输枢纽，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，特一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于06。

10、框支梁在满足计算要求下，配筋率不小于08%。框支梁一般为偏心受拉构件，梁中何轴力仔在，因而应配置足够数量的腰筋。胺筋采用 16，沿梁高间距不大于200mm，并且应可靠锚入支座内。框支梁受剪很大，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。箍筋统采用 14100八肢箍全长加密，配箍率达到153%，远大于相关文献对特一级抗震条件下框支梁的配箍率要求。 423转换层楼板 框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内分规律是不同的。在上部楼层，外荷载产生的水平力人体上按各片剪墙的等效刚度比例分配；而在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚艘差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变。转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务；并由于转换层楼板自身平面内受力很大，而变形也很大，所以转换层楼板必须有足够的刚度作保证。转换层楼板采用C50混凝土，厚度180mm。 14150钢筋双层双向整板拉通，配筋率达到028%。另外，为了协助转换层楼板完成剪力重分配，将该层以上两层及以下各层楼板也适当加强，均取厚度150mm。 5结语 综上所述，通过该建筑转换层结构设计的工程实践证实，必须认真做好概念设计并分析结构的薄弱环节，建立较为简洁可靠且符合实际的结构计算模型，注意框支梁框支柱配筋的特殊性。另外数据的输出量比较大，需要