高层建筑转换结构抗震设计探讨

高层建筑转换结构抗震设计探讨

植建勋

华蓝设计（集团）有限公司广西南宁530011

摘要：高层建筑的性能设计是建筑行业重点关注的内容，转换层高层建筑设计中以性能设计为基础对工程抗震设计提供了强有力的技术支撑。本文就高层建筑中转换结构的抗震设计和材料处理工作进行相关的探讨和分析。

关键词：高层建筑；转换结构；抗震；材料

我国高层建筑的早期发展阶段中已经出现了多样性的使用功能要求，但大多数高层建筑的使用功能都比较单一，比如：高层住宅就是针对居住功能而设计的，高层写字楼则是针对办公设计。近几年来建筑行业的高速发展为建筑功能综合多样化发展带来了机遇，我国的建筑迈向功能多样、复杂的综合发展道路，集中体现为集餐饮、居住、购物、娱乐、办公、停车为一体化的综合型高层建筑，由此为了满足大型商住综合体的功能需求，对结构方案的选型和结构抗震设计，带来了巨大的挑战，而转换结构则为大型商住综合体提供了有效的结构解决方案，其抗震设计和相关的节点设计在高层大型商住综合体的建设中至关重要。

一、高层建筑转换结构概述

高层大型商住综合体的上部功能一般为住宅或者写字楼，结构的柱网跨度不宜过大；而下部功能大多数为大型地下停车场和大型商业群，这种功能要求结构的跨度较大，以满足大空间的使用要求。为了实现这种结构形式的变化过渡，应在满足建筑使用功能的基础上，对结构布置进行相应的调整及优化，转换结构构件的布置就是较好的选择方案，转换水平构件在上下不同结构形式中，起到了承上启下过渡的关键作用，转换柱承担了上部结构的荷载，并满足了下部大空间的使用要求。这种转换结构构件在高层大型商住综合体中所应用的楼层就被称为转换层。

转换层按照实现形式分为三类：上下层结构转换、上下层柱网轴线转换、结构形式和轴线的位置的转换。上下层结构转换中被广泛应用在上部结构为剪力墙结构、下部结构为框架结构中，将上部剪力墙结构转化为下部的框架结构，实现了下部大空间；上下层柱网以及轴线转换是利用转换层将下部的柱距进行放宽，扩大了柱网间距，可以在外框筒的下层中形成较大的入口空间；转换结构把转换层上下的竖向构件错位布局，形成不对称及更开敞的空间布局。

转换层在实际的建筑工程中所应用的形式是丰富多样性的，按照结构形式、跨数、上部墙体形式、转换梁、转换梁形式等等方面各有分类。按结构形式分为梁式、柑架式、空腹析架式、箱式和板式；按跨数分为单跨、双跨及多跨；上部墙体形式分为满跨和不满跨、开洞和不开洞；按转换梁功能分为托墙和托柱[1]。

二、高层建筑转换层抗震设计概述

（一）转换层结构设计原则

转换层结构中的设计原则有三类。第一，在进行转换层上下层的竖向构件布置时，最大程度的实现将上部竖向构件连续贯通落地，特别是核心筒应确保上下贯通落地；转换水平构件应尽量做到一级转换，避免二级转换。第二，在转换层上下部结构中应注重侧向的刚度，将上部的刚度进行弱化，实现转换层上下刚度的受力接近能够相近过渡。第三，在进行计算分析时把握全面性原则，转换结构是一个系统的整体组成部位，在关于转换层受力分析计算时采用三维空间计算模型对整体的转换层结构进行受力分析计算，在必要时采用有限元分析方法进行补充计算。

转换结构构件的水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数1.9（特一级）、1.6（一级）、1.3（二级）。转换层与其上层的抗侧刚度比应满足《高规》附录E的规定。在实际工程中转换层设在1、2层时，一般很难两个方向都接近1，一个方向大于0.5，另一个方向达到0.8就比较理想了。框支框架承担的地震倾覆力矩小应于结构总地震倾覆力矩的50%。部分框支剪力墙结构框支柱承受的水平地震剪力标准值应满足《高规》10.2.17的要求。特别注意薄弱层要按《高规》3.5.8条进行调整[2]。

（二）转换层结构抗震设计原则

在带有转换层的高层建筑中，影响抗震设计的主要因素是，上下部竖向构件在布局不连续，导致结构竖向刚度发生较大变化致使转换层上下楼层结构构件之间内力受力不均引起结构的较大位移。转换层的设计高度在建筑物越高时，转换层上下层之间的位移角包络和建立分配、传力途径的变化越明显，导致转换层下部的框架结构产生开裂。转换层上下楼层间的刚度设计中应最大程度的保持上下部结构的剪切刚度相近；在转换层位于高层建筑1、2层时，要控制转换层周边的层间位移角和内力的突变；在转换层位于高层建筑3层及3层以上时，不仅要控制转换层周边的层间位移角和内力的突变，还应对转换层上下结构的等效刚度之比进行严格的把控[3]。

转换构件不仅要满足刚度、强度等要求，对转换层楼层的整体刚度也要充分考虑，通常情况下，在转换层楼层如果受力较大，在协助转换梁工作之外，楼盖还要承受上部竖向构件所带来的水平力的影响，继而对下部竖向构件也有受力体现。相关震害数据表明，在转化构件的刚度没有符合标准时，楼盖的刚度以及抗剪承载力都比较薄弱，极易对楼盖产生破坏作用，对转换构件上部结构的剪力墙、柱都有严重的破坏现象。

在关于落地剪力墙以及框支柱的布置中应明确把握对结构布置的均匀和对称性，结构刚度的偏心力不可过大，防止在地震中由于受扭转效应的变化对框支柱产生严重的破坏。框支柱的设计还应考虑上部结构的墙体在地震倾覆力作用下对框支柱的轴向拉力以及压力作用，特别是单框框支框架在受轴向拉力以及压力影响时所造成的框支柱破坏，所以在抗震设计中一般不采用单跨框支框架[4]。

转换层上下结构柱网的布置错开较多时，不能实现用梁直接进行承托，可以采用厚板转换层，采用该方法必须要进行整体内力分析，因为厚板承受的荷载在建筑物中部会集中作用，具有复杂的振动性能，并且厚板刚度很大，在建筑物下部刚度相对较小，极易在底部产生变形集中，对抗震设计十分不利。厚板的厚度在分析抗弯、抗剪等计算后确定，局部可以采用薄板制成，厚薄板的相交处进行加腋或者将局部做成夹心板。厚度标准在2.0-2.8m之间取值，为柱距的三分之一至五分之一。转换层厚板上下层之间的楼板应进行加强作业，楼板的厚度不宜小于150mm[5]。

三、高层建筑转换层材料处理

（一）混凝土用料设计

混凝土热胀冷缩的性质在使用中会产生温度裂缝，在当今混凝土配合比设计和施工中通常采用如下几点措施：低水化热的水泥和尽，减小水泥用量；尽量减少用水量，提高混凝土强度；合理使用混凝土外加剂；选用热膨胀系数小的骨料和较大的骨料粒径；预冷原材料；合理分缝、分块，减轻约束；在混凝土表面绝热，调节表面温度下降速率[6]。

（二）混凝土的养护

混凝土拌和物浇筑成型后应及时进行养护。养护的目的是为混凝土正常硬化创造必要的温度、湿度条件，防止收缩开裂，保证混凝土达到设计要求的强度。养护方法分为降温法和保温法两种。

结束语

综上所述，随着城市化的深入发展，城市用地紧张的现状越来越严峻，高层、超高层建筑的普及极大的缓解了城市用地紧张的局面。所以在高层建筑的转换层结构设计中，要充分把握转换层结构的整体概念设计，加强高层建筑的抗震设计，针对性的采用科学合理的计算方法提升高层转换层建筑的安全性能。

参考文献：

[1]伊爽.某带转换层高层建筑结构抗震设计研究[J].建筑结构，2016，S1：289-293.

[2]孟君岩.高层转换结构的抗震设计[J].中国高新技术企业，2014，27：86-87.

[3]李奋龙.高层建筑梁式转换层结构的抗震设计[J].科技与企业，2014，15：236-237.

[4]曹良标.浅析高层建筑梁式转换层结构的抗震设计——以某高层住宅建筑为例[J].建筑，2011，09：61-62.

[5]王智超.带转换层的高层建筑抗震设计浅析[J].中国电力教育，2010，32：265-266.