s关于高层住宅建筑转换层结构设计的研究

s关于高层住宅建筑转换层结构设计的研究

李海波

广州市番禺城市建筑设计院有限公司511400

摘要：在住宅建筑设计中，高层住宅建筑转换层结构设计主要是针对住宅建筑特性的建筑设计，它是在满足经济、安全、耐久等要求下，根据相关标准，对高层住宅建筑结构经济技术以及总体布置进行的计算、分析和构造过程。本文通过实例介绍了高层住宅建筑转换层结构的形式及特点，研究了高层住宅建筑转换层结构设计要点。

关键词：箱式转换；转换层

引言：常见的建筑物结构形式为民用住宅与公共场所通过墙体、柱网进行分开，各自满足自身的使用要求。通过转换层能实现这种结构变化形式的过渡，完成各自的需求功能。

一、高层住宅建筑转换层设计实例

本项目位于广西梧州的丽港华府12#楼（六度区），地下共3层，地上最高30层。1～3层为商铺，需要大空间。4层楼面处设置转换梁，用框支梁托换上部剪力墙。4～30层为住宅，布置了纵横向剪力墙。为满足结构刚度要求，上部剪力墙部分落至基础面。转换层的结构形式为箱式转换，转换大梁梁高2350mm，梁宽根据需要有1200mm、1500mm、1800mm等，上、下层板厚为200mm，结构布置属于《抗震规范》、《高层混凝土结构规程》规定的特别不规则的高层建筑工程。共计有扭转不规则、竖向不规则（刚度突变、尺寸突变、构件间断、多塔）、平面不规则（凹凸不规则、楼板不连续）。设定本结构的抗震性能目标等级为C，转换层局部结构布置如下图：

本工程超限设计的加强措施如下：

（1）为控制转换层上、下刚度突变，争取尽可能多的剪力墙落地。控制转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度（剪弯刚度）比不小于0.8以及转换层楼层侧向刚度（地震剪力与地震层间位移的比）不小于相邻上层楼层侧向刚度的60%。

（2）加大落地剪力墙的厚度，增大落地剪力墙的截面面积。提高落地剪力墙和框支柱的混凝土强度等级，严格控制其轴压比。在满足结构层间位移角限值的前提下，对框支梁以上墙体减小墙厚。避免在框支柱上方设置门洞。

（3）为保证转换层可以将水平荷载可靠有效的传到落地剪力墙和框支柱上，限制框支柱与落地剪力墙的距离不大于10m。转换层楼板厚度不小于200mm，且双层双向配筋，配筋率不小于0.25%。利用YJK软件对转换层楼板进行有限元应力分析，按应力校核楼板的抗剪配筋及抗弯配筋。

（4）本工程较多次梁转换，转换主梁除承托其上的剪力墙外，还承托转换次梁及其上的剪力墙。这种多次转换传力路径长，框支主梁承受较大的剪力、扭矩和弯矩，受力非常不利。设计时，对框支主梁进行了空间有限元应力分析计算，提高其抗震性能目标（中震抗弯、抗剪弹性，大震抗弯不屈服、抗剪弹性）。电算分析表明，部分框支梁在大震下抗剪承载力不足。综合各种因素，决定部分框支梁采用型钢混凝土梁。

（5）剪力墙底部加强部位取基础面～六层板面（转换层以上两层），框支框架、剪力墙底部加强部位，抗震等级取特一级。

（6）转换层以及计算出的结构薄弱层，地震剪力标准值乘以1.25的增大系数。

（7）为加强落地剪力墙的底部加强部位的承载能力，推迟墙底塑性铰的出现，防止大震下的结构破坏或倒塌，落地剪力墙按特一级构件设计，其底部加强部位（延伸至转换层以上2层）的弯矩设计值按墙底截面有地震作用组合的弯矩值乘以1.8的增大系数，其剪力设计值按墙底截面有地震作用组合的剪力值乘以1.9的增大系数。底部加强部位剪力墙的水平和竖向钢筋配筋率不小于0.5%。另外，当落地剪力墙轴向平均压力较小（不大于0.2fc）而剪应力较大（大于0.15fc）时，为防止剪切滑移发生，在墙肢底部设置防滑移的交叉斜向钢筋。

（8）转换梁抗震设计，考虑竖向地震作用；其水平地震作用计算内力乘以增大系数1.9，严格控制其在静力荷载作用下的挠度和裂缝，转换梁挠度限值取1/600，裂缝宽度限值取0.2mm。

（9）严格控制框支柱的轴压比并设置芯柱，箍筋采用井字复合箍且全高加密。对框支角柱及穿层柱，在规范规定的各种调整系数的基础上，对其弯矩设计值和剪力设计值再乘以1.1的增大系数，并且箍筋全高加密。

二、高层住宅建筑转换层结构设计要点

1.确定抗措施

根据工程所在地、类别、结构高度、复杂程度及转换层所在的楼层位置确定抗震措施。

2.结构的布置

在正常的高层住宅建筑中，它的侧向刚度需遵循下大上小、避免突变的原则，但是在有转换层的高层住宅建筑中，其实际情况刚好与此原则相反，针对此现象，高规专门规定了带转换层的高层住宅建筑的侧向刚度大小：在高位转换中，转换层上部和下部的侧向刚度比率应大于或等于1，且小于1.3。需注意尽量将上部弱化，而下部则需增强，为了达到此目的，可以采用以下的方式来完成：

①增加下部剪力墙的数量；②增加下部剪力墙的厚度；③保持下部剪力墙的完整性；④在下部剪力墙及框支架中使用大强度材料；⑤减少上部剪力墙的数量；⑥控制上部剪力墙的厚度；⑦控制上部剪力墙的厚度；结合以上几种方法，不仅强化了下部、弱化了上部，使转换层上下部的刚度比接近1，而且还减轻了上部建筑的重量，缩小了施加在框支梁上的荷载，更增大了建筑本身的振动周期，从而达到将地震作用力减小的效果。

3.框支柱设计

框支柱的截面大小受轴压比和剪压比的影响，而框支柱的延性又与轴压比及配箍率有关联，因此要严格控制好框支柱的轴压比和配箍率，一般全长加密的框支柱的箍筋要大于Ф12@100，体积的配箍率不能低于1.5%。为了加强框支柱的安全性，就要对应的增大框支柱柱端的剪力及其弯矩，而框支住最佳的承受剪力是其每层之和等于基底所承受剪力的30%。

4.框支梁设计

作为上下层荷载的传输枢纽，框支梁能够保证框支剪力墙抗震性能。框支梁截面尺寸主要受剪压比支配，宽度应大于其2倍的上墙厚，并保持在400mm以上；高度应根据计算出的跨度决定，为跨度的1/6；由于其的受力较巨大、复杂，因此结构设计时，应保证留有一定的安全储备。框支梁的受剪很大，应遵循“强剪弱弯”的方针，在纵筋数量较多的背景下，加强箍筋。

5.转换层楼板设计

以转换层为界，框支剪力墙被分为上下两部分，且这两者的受力情况是有差异的。上部楼层中，外荷载产生的水平力具有一定的分配原则，是根据各片剪力墙的等效刚度比例来进行的；下部楼层中，框支柱的刚度不同于落地剪力墙间的刚度，水平剪力主要由后者承担，即在转换层处荷载分配不均匀。转换层楼板的任务较重，主要负责完成上下部分剪力重分配，且因转换层楼板自身存在的受力大、变形大特点，必须要有足够的刚度来支撑其任务的完成。

三、结语

高层住宅建筑转换层结构设计作为当代建筑设计的重要内容，必须根据高层住宅建筑转换层结构布置、要求，再结合抗震设计以及配合比原则，从根本上保障转换层结构设计的安全性、合理性、科学性。

参考文献：

[1]于洪生，王成林，陈刚.高层商住楼转换梁板混凝土的裂缝控制措施[J].安徽建筑，2010，（03）.

[2]覃文胜.高层住宅建筑梁式转换层结构设计探讨[J].中国高新技术企业，2010.