谈带转换层建筑的结构设计
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摘要：目前的高层建筑多为底层商用，上部住宅的多功能要求，在底层商用要求的大空间与上部住宅要求的多墙多柱的小空间之间，往往需要采用一定的结构形式进行转换处理，即加设转换层。本文从结构布置、楼盖结构、整体转换和局部转换等方面入手，对带转换层结构设计要点进行了阐述和说明，指出在构件设计时应注重抗震延性设计的概念，对主要构件应进行加强，从而保证建筑的抗震性能。
关键词：高层建筑；结构转换层；结构设计
中途分类号：TB482.2 文献标识码：A文章编号：
引言
随着经济的发展，高层建筑越来越多，因建筑功能需要，下部为大空间，上部楼层部分竖构件不能直接连续贯通落地而通过水平转换构件与下部竖向构件连接构成的高层建筑结构为带转换层的高层建筑结构。因此设计时应从结构布置、楼盖结构、整体转换和局部转换采取一定的设计措施来保证建筑的抗震性能。
1 结构布置
带转换层结构的结构布置除应符合《建筑抗震设计规范》《高规》等对于建筑结构的平面及竖向布置的规定外，还应满足以下规定：
1) 不应对边榀剪力墙进行框支转换；不应在结构底部抽取角柱，形成托柱转换，不应在角部剪力墙的底部开设转角大洞形成框支转换。
2) 纯框架结构抗侧刚度小，地震力作用下侧向变形大，下部为大空间且带转换层框架下柔上刚在地震力作用下非常容易破坏，所以必须设置落地剪力墙来提高建筑物抗震性能。
落地剪力墙和框支柱应符合下列条件：
a．落地剪力墙应对称、成对布置，优先采用型钢混凝土剪力墙。相对普通混凝土剪力墙，型钢混凝土剪力墙抗震性能好，耗能系数高，减少了截面面积，提高了承载力，能有效降低层最大剪力、最大位移和层间位移角。
b．框支柱可以选用型钢混凝土柱、钢管混凝土柱、柱内部设置芯柱的钢筋混凝土柱，这些柱能有效降低轴压比，具有承载力大，延性好的优点。
c．转换层周围楼板不应错层布置，不应在大空间范围内开大洞口。楼梯间、电梯间处周围的落地剪力墙应围成筒体。
3) 转换层上下结构刚度的突变对建筑物抗震非常不利，结构设计时首先应该增强转换层下部结构的抗侧刚度，同时减小转换层上部的抗侧刚度，最终要使转换层上下结构刚度相差不大。抗震设计时，结构的地震作用效应不仅与刚度有关，还与其质量有关。结构的动力性能取决于结构质量、阻尼和刚度。在转换层结构中，转换层一般集中较大的质量，其质量对下部结构的动力特性影响较大，但对上部结构的动力特性影响较小，结构设计中采用的等效抗侧刚度比意义就不大了。转换层位置越高，转换层上下部结构在地震作用下的变形效应越大，转换层上下部结构等效侧向刚度比的作用更加有限。
综上所述，根据地震作用效应来控制比较合理。因此建议采用转换层下、上层结构层间位移角比来控制转换层下上部结构构件内力和位移突变。转换层上下结构层间位移角比能准确反映转换层上下部结构楼层侧向刚度比、质量比、楼层层间抗侧力结构的受剪承载力比，对抗震设计有重要的意义。
2 楼盖结构
2． 1 楼盖作用及选型原则
楼盖对于建筑结构作用非常重要，作用如下：
1) 承受竖向荷载，将竖向荷载传递给梁、柱、墙、基础。2) 提供足够的面内刚度，传递水平荷载到各个竖向抗侧力构件，使得整个结构协调工作。
楼盖的选型原则：1) 应有足够的承载力和面外刚度。2) 应有足够的面内刚度，且整体性好。3) 楼盖自重要轻。
2． 2 楼盖构造
1) 转换层楼板在平面内承受并传递很大的内力，其面内刚度大小对大空间层竖向构件的内力分配影响很大，所以楼板应当加厚，厚度不小于180cm，且应双向双层配筋，楼板中的钢筋应锚固在边梁或墙体中，楼盖建议选用双向组合梁楼盖，这种楼盖自重轻，抗震性能好，能有效发挥钢梁抗拉和混凝土抗压作用。
2) 顶层楼板厚度不小于120cm，加厚顶层楼板可有效约束整个高层建筑，使其能整体工作；普通地下室顶板厚度不小于160cm；作为上部结构嵌固部位的地下室的顶层楼板应采用梁板结构，厚度不小于180cm，混凝土强度等级不小于C30，采用双向双层配筋。
3) 采用预应力楼板时，应考虑合理的施工方案，采用板边留缝以张拉和锚固预应力钢筋，或者在板中部预留后浇带，待张拉预应力钢筋后再浇筑。
4) 工程实际表明：在楼板上开楼梯间、电梯间、管道井以及厨房、卫生间等的小洞，只要洞口均匀分散，则楼盖在自身平面内仍具有足够的刚度和良好的整体性，能很好的传递水平荷载，可以按照自身平面内刚度为无限大的假定来分析建筑结构的内力和位移。
5) 设计中应避免在剪力墙两侧楼板开洞。由于假定楼板刚度无限大，计算中认为已发挥作用，但由于剪力墙两侧楼板全部开洞，造成楼板并不能将水平力有效传递给此片剪力墙，实际受力和计算假定差异很大，可能会引起其他抗侧力构件的承载力不安全，所以应使楼板洞口尽可能小，并应采取其他有效构造措施保证水平力能可靠地传递到该片剪力墙上。
6) 楼板开大洞削弱后，可采取以下构造措施：加厚洞口附近楼板，提高楼板的配筋率，采用双层双向配筋，每层、每向配筋率不少于0.25%；洞口边应设边梁、暗梁，暗梁宽度为板厚的2倍，纵向钢筋配筋率不小于1%；在楼板洞口角部集中配置斜向钢筋。
3 整体转换和局部转换
整体转换就是某一层全用作转换，局部转换就是某一层仅局部用来转换。
3.1 整体转换缺点明显：间接传力，传力路径不直接，结构被转换层分为上下两部分，上下结构刚度发生突变，结构抗震性能差，地震力作用下容易形成薄弱层，大震时易倒塌。局部转换同样存在间接传力、传力路径复杂的缺点，但由于只是楼层局部用来转换，楼层刚度变化不明显，结构整体侧向刚度变化不大，故而局部转换对建筑的抗震性能影响不大。
3.2 由框支剪力墙和其他落地剪力墙满足一定间距要求组成的底部大空间部分框支—剪力墙结构，当地面以上的大空间层数越多即转换层位置越高时，转换层上下刚度突变越大，层间位移角的突变越大，结构的扭转也严重。同时造成落地墙或筒体易受弯产生裂缝，引起框支柱内力增大，转换层上部的墙体易于破坏，不利于抗震。
3.3 建筑结构的转换层的上下楼层的刚度比是结构设计中的一个重要问题，设置不好易造成安全隐患。转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比计算时宜综合考虑各构件的剪切、弯曲和轴向变形对结构侧移的影响。当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%。这一规定是为了防止出现转换层的下部楼层刚度较大，而转换层本层的侧向刚度较小，此时等效侧向刚度比虽能满足限值要求，但转换层本层的侧向刚度过于柔软。对于位于3层及3层以上的带转换层的高层建筑结构，规定60%作为下限值是十分必要的。当转换层设置在3层及3层以上时，应按高规规定分别计算等效侧向刚度比和转换层本层与转换层相邻上部楼层侧向刚度比，设计中应同时满足这两种刚度比的限制条件。
整体转换时，转换层的高度对建筑结构抗震性能影响很大，相对而言，转换层越高，转换层以下各层构件的受力越不合理，延性越差，因此，剪力墙底部加强部位越高，对构件的抗震等级要求越高。
总之整体转换时，对转换层楼板及相邻层楼板的面内刚度和整体性有很高的要求。而对局部转换结构，对楼板的这个要求是局部性的，只要满足局部转换部位的水平力传递和整体性要求即可。
4 结语
根据建筑平面及功能要求合理结构布置，正确选择建筑抗震类别是转换层设计的关键点，正确选择各分部的抗震等级，构件设计应注重抗震延性设计的概念，对主要构件进行加强是设计的重点。转换层结构已成为现代高层建筑结构的发展趋势之一，转换层设计也是结构设计中的难点。随着现代高层建筑平面复杂多样化，在对转换层进行设计时应结合工程实际情况选择合适的方法，才能达到安全经济的综合效果。